传感器课件第二章应变式

《传感器课件第二章应变式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器课件第二章应变式（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、本章目录,序：先认识各种应变式传感器 本章主要内容 2.1 电阻应变片的基本原理与结构 2.1.1 金属材料的电阻应变效应 2.1.2 电阻应变片的结构与类型 2.2 电阻应变片的主要特性 2.2.1 电阻应变片的参数 2.2.2 应变片的动态响应特性 2.3 电阻应变片的温度效应及其补偿 2.3.1 温度效应及其热输出 2.3.2 热输出补偿办法 2.4 测量电路 2.4.1 直流电桥 2.4.2 交流电桥 2.5 电阻应变片式传感器应用,本章主要内容,掌握应变式传感器的工作原理 掌握应变式传感器的测量电路，包括直流电桥、交流电桥等 传感器的温度补偿方法 会理论推导传感器的灵敏度 了解应变式

2、传感器的应用场合,各种电子秤,认识应变式传感器,2.1.1金属材料的应变电阻效应,设长度为L,截面积为A,电阻率为的导体,其电阻为:,电阻的相对变化率（灵敏度）由两方面因素决定： 1.由金属丝的几何尺寸的改变引起：,2.由电阻率发生变化引起：,单根金属丝的灵敏系数,灵敏度,1.应变片的结构 利用导电丝材的应变电阻效应,制成测量试件表面应变的敏感元件。,结构：金属丝式、箔式和半导体,组成：敏感栅 基底 引线 盖层 粘结剂,2.1.2 电阻应变片的结构与类型,2.1.2 电阻应变片的结构与类型,组成: (1)敏感栅:应变电阻转换的敏感元件; (2)基底:保护敏感栅固定形状、 尺寸 位置; (3)引

3、线:敏感栅与测量电路之间的连接; (4)盖层:敏感栅上的保护层; (5)粘结剂:盖层和敏感栅固结于基底,在粘贴在试件表面的被测部位,传递应变。,类型: 按敏感栅可分为金属和半导体两大类; (1)金属材料:康铜;镍铬合金;铂等等 (2)半导体材料:P型硅；N型硅等,常用电阻应变片的型式（丝式）,常用电阻应变片型式（金属箔式）,体型半导体式,常用电阻应变片的型式（续）,应变片种类,1.几何尺寸（有效工作面积） 2.电阻值 （ 120 最常用） 3.绝缘电阻 （100 ） 4.最大工作电流（静态测量25mA,动态75100mA) 5.相对灵敏系数k（标称灵敏系数）,试件材料的泊松比为0.285的钢

4、试件单向受力 应变片轴向与主应力方向一致 注意：应变片的灵敏系数K并不等于其敏感栅应变丝灵敏系数K0，且KK0,2.2.1电阻应变片的参数,2.2 电阻应变片的主要特性,2.2.1电阻应变片的参数,6.横向效应及系数,直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K下降，这种现象称为横向效应。,纵向灵敏系数,横向灵敏系数,应变片既敏感纵向应变，又受横向应变影响从而使灵敏系数及相对电阻比都减小的现象横向效应,横向效应系数,应变片灵敏度系数,2.2.1电阻应变片的参数,7.机械滞后、零漂和蠕变 机械滞后：循环加载时，加载特性与卸载特性不重合的现象。,2.2.1电阻应变片的参数

5、,蠕变和零漂,蠕变：恒温恒载下，应变片的指示应变随时间单向变化的特性。,零漂：对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，被测试件未受力，应变片的指示应变随时间变化的特性。,2.2.1电阻应变片的静态特性,8.应变极限 在一定温度条件下，当指示应变大于真实应变的10 所对应的值,2.2.2 应变片的动态响应特性,1.应变波的传播过程E试件材料的纵向弹性模量；试件材料的密度；,得应变波方程：,平均应变为,得,相对误差,2. 对正弦应变波的响应,根据给定的精度，可以确定合理的栅长或工作频限,2.2.2 应变片的动态响应特性,2. 对阶跃应变波的响应,试件产生的阶跃机械应变波；,应变波通过栅长的理论响应特性,

6、实际响应特性,2.2.2 应变片的动态响应特性,2.3 电阻应变片的温度效应及其补偿,2.3.1 温度效应及其热输出 温度效应:单纯由温度变化引起应变片电阻变化的现象。,敏感栅材料的电阻温度系数；,应变片灵敏系数,试件和敏感栅材料的线膨胀系数,相对热输出,2.3.2 热输出补偿办法 1. 桥路补偿法工作片R1粘贴在测量应变得地方，工作片R2粘贴在 一块不受力的地方。 2. 应变片自补偿法 温度自补偿条件3. 热敏电阻补偿法,2.3 电阻应变片的温度效应及其补偿,2.4 测量电路,（1）直流电桥,电桥平衡时 I0=0 U0=0 对臂积相等 邻臂比相等,2.4.1 直流电桥工作原理,设R1为应变片

7、，应变时R1变化量为R1，这时电桥失衡，不平衡输出电压为：,设桥臂比R1/R2=R3/R4=1/n,略去分母中的 ，有,电压灵敏度为,1.电桥电压电压越高，输出电压的灵敏度越高 2.当n1时，k有最大值,结论:,2.4.1 直流电桥工作原理,电阻应变片测量电路,单 桥,半 桥,全 桥,平衡,2.4.1 直流电桥工作原理,非线性误差及消除,全等四分之一电桥输出电压的精确值为： 相对非线性误差为：展开幂级数得：对电阻式应变片电桥,消除方法：差动电桥,2.4.1 直流电桥工作原理,电桥平衡条件：,交流电桥需满足对臂复数的模积相等，幅角之和相等。,交流电桥输出：,2.4.2 交流电桥,交流电桥平衡电路

8、,电容平衡电路,电阻平衡电路,2.4.2 交流电桥,2.5 应变式传感器的应用,（1）电阻应变仪,（2）桥梁固有频率测量电路,2.5 应变式传感器的应用,等截面梁： 悬臂梁的横截面积处处相等，所以称等截面梁。 当外力F作用在梁的自由端时，固定端产生的应 变最大，粘贴在应变片处的应变为：,2.5 应变式传感器的应用,（3）桥梁固有频率测量,梁结构,由端部固定并带有惯性质量块m的悬臂梁及贴在梁根部的应变片、基座及外壳等组成。是一种惯性式传感器。 测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传感器固定在被测部位。当被测点的加速度沿图中箭头所示方向,L,应变片,质量块m,弹簧片,外壳,基座,a,应变式加速度传感器,应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击, 一般适用频率为1060Hz范围。,（4）应变式加速度传感器,2.5 应变式传感器的应用,(5)机械手上的应用,上海卢浦大桥通车应变试验,