Ch-2.1应变式传感器(第三版)解析.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 电子秤 磅秤 超市打印秤 远距离显示 ⑶薄壁圆环式力传感器 在外力作用下，各点的应力差别较大 2.1.4 电阻应变式传感器的应用 应变式力传感器 应变式压力传感器 2. 应变式压力传感器 εt εr R4 R3 R1 R2 U U0 膜片 P εr εt R1 R2 R3 R4 εr εt 膜片式压力传感器 筒式压力传感器 机床液压系统的压力（106～107Pa）， 枪炮的膛内压力（108Pa）， 动态特性和灵敏度主要由材料的E值和尺寸决定 组合式压力传感器 应变片不直接粘贴在压力感受元件上 压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等 通常用于测量小压力。 其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。 小型压阻式固态压力传感器 高压进气口 低压进气口 绝对压力传感器 休 息 一 下 End the 2.1 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ② 应变片的自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片 a.选择式自补偿应变片 优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。 由式(2.1.16)可知，实现温度补偿的条件为 当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立 (2.1.21) 即可达到温度自补偿的目的。 R1 R2 组合自补偿法 b. 双金属敏感栅自补偿应变片 敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成 选用两者具有不同符号的电阻温度系数 调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的 电阻变化满足 通过调节两种敏感栅的长度来控制 应变片的温度自补偿， 可达±0.45μm/℃的高精度 ③热敏电阻补偿 T K Rt Ui R1＋⊿R R4 R3 U0 R2 Rt R5 分流电阻 U URt U = Ui - URt K 2.1 应变式传感器 2.1.1 工作原理 2.1.2 金属应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用 2.1.3 电阻应变片的测量电路 1 直流电桥 2 非线性误差及其补偿 1. 直流电桥 直流电桥的工作原理 时电桥平衡 平衡条件 : R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+⊿R1 R2 R4 R3 U IL RL 不平衡直流电桥的工作原理及灵敏度 当电桥后面接放大器时, 电桥输出端看成开路.电桥的输出式为： 应变片工作时，其电阻变化ΔR 采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 。此时式(2.1.24)可写为 当ΔRi R ( i=1,2,3,4) 时，略去上式中的高阶微量，则 上式表明： ① ΔRi R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 ② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为两者之和。 ③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为两者之差。 ④ 电桥供电电压U越高，输出电压U0越大。但是，当U大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。 ⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。 2.1.3 电阻应变片的测量电路 1 直流电桥 2 非线性误差及其补偿 单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系 实际输出电压 电桥的相对非线性误差为 2.非线性误差及其补偿 减小非线性误差 采用的措施为： （1）采用半桥差动电桥 R1 R2 F U0 R1＋⊿R1 R4 R3 U R2－⊿R2 R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR 严格的线性关系 电桥灵敏度比单臂时提高一倍 温度补偿作用 输出电压为： U0 R1＋⊿R1 U R2－⊿R2 R4＋⊿R4 R3－⊿R3 全桥差动电路 2.1 应变式传感器 2.1.1 工作原理 2.1.2 金属应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用 2.1.4 电阻应变式传感器的应用 应变式力传感器 应变式压力传感器 柱式力传感器 1? 应变式力传感器 （a）实心圆柱