第3章B 应变式传感器.ppt

非线性误差为  γL= 对于四等臂电桥, R1=R2=R3=R4, 则 为了减小和克服非线性误差, 常采用差动电桥如图所示, 在试件上安装两个工作应变片, 一个受拉应变, 一个受压应变, 接入电桥相邻桥臂, 称为半桥差动电路, 该电桥输出电压为 若ΔR1=ΔR2, R1=R2, R3=R4, 则得 Uo与（ΔR1/R1）呈线性关系, 差动电桥无非线性误差, 而且电桥电压灵敏度KU=E/2,比单臂工作时提高一倍, 同时还具有温度补偿作用。 若将电桥四臂接入四片应变片, 如图所示, 即两个受拉应变, 两个受压应变, 将两个应变符号相同的接入相对桥臂上, 构成全桥差动电路, 若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4, 且R1=R2=R3=R4, 则 此时全桥差动电路不仅没有非线性误差, 而且电压灵敏度是单片的 4 倍, 同时仍具有温度补偿作用。 （二）交流电桥 在直流电桥分析中, 应变电桥输出电压很小, 一般需加放大器, 而直流放大器易于产生零漂, 因此应变电桥多采用交流电桥。 下图为交流电桥, 为交流电压源, 开路输出电压为 由于供桥电源为交流电源, 引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性, 即相当于二只应变片各并联了一个电容。 每一桥臂上复阻抗分别为 C1、C2表示应变片引线分布电容 可得 要满足电桥平衡条件, 即=0, 则有  Z1 Z4 = Z2 Z3 取Z1= Z2 = Z3 = Z4， 可得 因此，交流电桥的平衡条件为:  因此，为满足平衡条件，需满足电阻平衡条件和电容平衡条件。为此在桥路上除设有电阻平衡调节外还设有电容平衡调节。电桥平衡调节电路如下图所示。 和 当被测应力变化引起Z1= Z0+ΔZ, Z2=Z0-ΔZ变化时, 则电桥输出为 4 应变式传感器应用 一、 应变式力传感器 被测物理量为荷重或力的应变式传感器, 统称为应变式力传感器。其主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性, 当传感器在受到侧向作用力或力的作用点发生轻微变化时, 不应对输出有明显的影响。 1. 柱（筒）式力传感器 柱式力传感器结构简单，可承受较大载荷，最大可达107N，这测103~105N载荷时，为提高变换灵敏度抗横向干扰。 下图所示为柱式、筒式力传感器, 应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分, 对称地粘贴多片, 电桥接线时应尽量减小载荷偏心和弯矩的影响, 贴片在圆柱面上的位置及其在桥路中的连接如图（c）、（d）所示, R1和R3串接, R2和R4串接, 并置于桥路对臂上以减小弯矩影响, 横向贴片作温度补偿用。 2. 环式力传感器 图所示为环式力传感器结构图及应力分布图。与柱式相比, 应力分布变化较大, 且有正有负。 对R/h5的小曲率圆环, 可用下式计算出A、 B两点的应变。 式中: h——圆环厚度; b——圆环宽度; E——材料弹性模量。 测出A、 B处的应变, 即可确定载荷F 。  上图（b）的应力分布可以看出, R2应变片所在位置应变为零。 故R2应变片起温度补偿作用。 二、 应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力。如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力变化#, 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道压力等。大多采用膜片式或筒式弹性元件。  下图所示为膜片式压力传感器, 应变片贴在膜片内壁。一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片, 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片, 然后接成全桥测量电路。  式中: p——膜片上均匀分布的压力;  R, h——膜片的半径和厚度;  x——离圆心的径向距离。 由应力分布图可知, 膜片弹性元件承受压力p时, 其应变变化曲线的特点为: 当x=0时, εrmax=εtmax； 当x = R时, εt= 0, εr=-2εrmax。 在压力p作用下, 膜片产生径向应变εr和切向应变εt, 表达式分别为: 三、 应变式容器内液体重量传感器 右图是插入式测量容器内液体重量传感器示意图。 该传感器有一根传压杆, 上端安装微压传感器, 为了提高灵敏度, 共安装了两只; 下端安装感压膜, 感压膜感受上面液体的压力。 容器内感压膜上面溶液重量与电桥输出电压之间的关系式为  电桥输出电压与柱形容器内感压膜上面溶液的重量呈线性关系, 用此方法可以测量容器内储存的溶液重量。  四、 应变式加速度传感器 主要用于物体加速度的测量。