02-应变电阻-16.ppt

* 灵敏度温度漂移补偿 恒压源激励时，串联二极管进行补偿 原理: 二极管的温度特性为负（温度每升高1℃，正向压降要减小1.9至2.4mV），当温度上升时，电桥两端激励电压提高，使等效灵敏度不变。（通常压阻系数为负温度系数） 优点: 所用元件少，使用简便，补偿是动态进行的 。 缺点： 二极管的数量只能是整数，因此补充总是不完全或者是过补偿 。 * 补偿应变片法 测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。由于R1与R2接入电桥相邻臂上，造成ΔR1t与ΔR2t相同，根据电桥理论可知，其输出电压USC与温度无关。当工作应变片感受应变时，电桥将产生相应输出电压。 补偿应变片粘贴示意图 R1 R2 * 若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，R2不承受应变。故由前式可得输出电压为 由上式可知，电桥输出电压只与应变ε有关，与温度无关。 为达到完全补偿，需满足下列三个条件： R1和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏系数K都相同，两片的初始电阻值也要求相同； 用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等； 两应变片处于同一温度环境中。 此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件下，温度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点。 * 激励方式不同分析 以全桥电路为例，分析恒流源与恒压源两种激励方式对该电路的温度误差影响作用。 (a)恒流源供电 (b)恒压源供电 * 恒流源供电： 恒压源供电： 其中，?R为应变引起的电阻变化，?Rt为温度引起的电阻变化。 恒流源供电：全桥电路的输出与温度无关； 恒压源供电：全桥电路的输出与温度有关，在相同应变下，随着温度的升高其输出将减小。 激励方式不同分析(续) * 灵敏度温度漂移： 恒流源供电： 恒压源供电： 可以看出，在恒流源供电下，全桥电路的灵敏度系数与温度无关；在恒压源供电下，全桥电路的灵敏度与温度有关，随着温度的升高其灵敏度系数将减小。 激励方式不同分析(续) 差动结构恒流源激励补偿法 * 温度修正法 通过实验先作出一条准确的温度变化引起输出值大小的特性曲线。工作时，根据此曲线对应变片实际测出的输出值进行修正。 * 5 相关应用 电阻式传感器， 除了测定试件应力、应变外，还制造成多种应变式传感器用来测定力、扭矩、加速度、压力等其它物理量。 柱式力传感器 梁式力传感器 应变式压力传感器 应变式加速度传感器 固态压阻器件 * 5.1 柱式力传感器 圆柱式力传感器的弹性元件分为实心和空心两种。 在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。由于应变片沿圆周方向分布，所以非轴向载荷分量被补偿，在与轴线任意夹角的α方向，其应变为 ： ε1——沿轴向的应变；μ——弹性元件的泊松比。 当α=0时 当α=90?时 柱力式传感器 * 5.2 梁式力传感器 等强度梁弹性元件 等强度梁弹性元件是一种特殊形式的悬臂梁，如图所示。梁的固定端宽度为b0，自由端宽度为b，梁长为L，粱厚为h。 这种弹性元件的特点是：其截面沿梁长方向按一定规律变化，当力F作用于梁端三角形顶点上，梁内各断面产生的应力相等，故在对L方向上粘贴应变片位置要求不严。 * 5.3 应变片式压力传感器 测量气体或液体压力的薄板式传感器，如图所示。当气体或液体压力作用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。 圆形薄板固定形式：采用嵌固形式，如图（a）或与传感器外壳作成一体，如图 (b)。 应变式压力传感器 * （金属）膜片式压力传感器 切向应变都是正值，膜片中间最大 径向应变分布有正有负，在边缘处达到最大 贴片时应避开径向应变为零的位置 在中心沿切向贴两片，在边缘沿径向贴两片，接成相邻桥臂以提高灵敏度。 * （金属）膜片式压力传感器 膜片式压力传感器的一种敏感元件结构 * 5.4 应变式加速传感器 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