传感器与检测技术第二版陈洁黄鸿第三次课应变片特性温度补偿电路测量详解.ppt

式中,p为被测压力,D为圆筒外径,d为圆筒内径。在薄壁筒上贴有两片应变计作为工作片,实心部分贴有两片应变计作为温度补偿片。 2.膜片式压力传感器 该类传感器的弹性敏感元件为一周边固定的圆形金属平膜片,如图2.33(a)所示。 图2.33 膜片受力时的应变分布和应变计粘贴 当膜片一面受压力p作用时,膜片的另一面(应变计粘贴面)上的径向应变εr和切向应变εt为 式中,R为平膜片工作部分半径，h为平膜片厚度，E为膜片的弹性模量，μ为膜片的泊松系数，x为任意点离圆心的径向距离。 在膜片中心即x=0处,εr和εt均达到正的最大值,即 而在膜片边缘,即x=R处,εt=0,而εr达到负的最大值 (最小值)。 4.5.4 应变式加速度传感器 应变式加速度传感器如图2.36所示。在一悬臂梁1的自由端固定一质量块3。当壳体4与待测物一起作加速运动时,梁在质量块惯性力的作用下发生形变,使粘贴于其上的应变计2阻值变化。检测阻值的变化可求得待测物的加速度。图中,5为电引线,6为运动方向。 图2.36 应变式加速度传感器 假设悬臂梁为等强度梁,作加速运动时梁根部的应变为 其中,W为惯性块质量;G′为等强度梁折算到自由端的等效质量,一般为梁质量的1/6,其余尺寸如图2.29所示。 ? 若梁的上下各贴两片应变计,组成全桥,则灵敏度又是上式的两倍。 传感器的固有频率为 * 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 图是电桥补偿法的原理图 * 电桥电路如图所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。 * 设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1R1，分母中ΔR1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则可写为 * * 电阻应变片的测量电路 由于机械应变一般都很小, 要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来, 同时要把电阻相对变化ΔR/ R转换为电压或电流的变化。因此, 需要有专用测量电路用于测量应变引起的电阻变化,测量电路通常采用直流电桥和交流电桥 4.4.1 直流电桥 1. 直流电桥平衡条件 当RL→∞时，电桥输出电压为 直流电桥 电阻— —→电压（电流） 测量电路 当电桥平衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3 或 为电桥平衡条件。 这说明欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。 单臂电桥 试件 测量电路的分类------ 按工作应变片个数来分 双臂电桥（差动半桥） R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变?1~?2以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。 试件 全桥差动电路 讨论：单臂电桥、双臂电桥、全桥谁的灵敏度最高？ 为什么？ F 设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1R1，分母中ΔR1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则可写为 : 2. 电压灵敏度 R1为应变片.当受应变时，若应变片电阻变化为ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为 电桥电压灵敏度定义为 ① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 当E值确定后，n取何值时才能使KU最高。 由dKU/dn = 0求KU的最大值，得 求得n=1时，KU为最大值。这就是说，在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 从上述可知，当电源电压E和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时， 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。 3. 非线性误差及其补偿方法 略去分母中的ΔR1/R1项，电桥输出电压与电阻相对变化成正比的理想情况下得到的。 实际情况则应按下式计算， 即 与ΔR1/R1的关系是非线性的，非线性误差为 如果是四等臂电桥，R1=R2=R3=R4，即n=1， 则 对于一般应变片来说，所受应变ε通常在5000μ以下，若取K=2，则ΔR1/R1=