一章应变式传感器.pptVIP

应变式传感器 性能指标 使用面积 电阻值 灵敏度系数 基底材料和形式 最大允许工作电流 极限温度 电阻温度系数 灵敏度温度系数 应变极限 动态特性 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路 被测对象的特点： 机械应变量值小 0.5%以下 灵敏度系数较小 1-2 电阻相对变化小 1%以下 如：一般电阻应变片基值为120欧,电阻相对变化1.2欧, 采用常规的电阻测量法难以进行. 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路 直流电桥形式 等臂电桥 R1=R2=R3=R4 输出对称电桥 R1=R2=R, R3=R4=R’ 电源对称电桥 R1=R3=R, R2=R4=R’ 单臂接应变片: 单臂工作电桥 两臂接应变片: 双臂工作电桥,或称半桥 四臂接应变片: 全桥 应变式传感器 直流电桥 在?R ?? R1时，UO与应变成线性关系 相邻两臂，方向相反 相对两臂，方向相同 优点：电源稳定,电路简单，是主要测量电路； 缺点：直流放大器较复杂，存在零漂、工频干扰。 应变式传感器2.4 应变式传感器的应用 膜片式压力传感器----P28 固态压阻式传感器----P29 结构特点: 单晶硅, 4片桥路集成; 性能特点: 灵敏度高, 固有频率高. 应变式传感器 讨论： 显然 n=1 R1=R2 R3=R4时，Ku最大 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 单臂工作片电压灵敏度： ? 桥路输出电压： 注：等臂电桥、输出对称电桥有最大灵敏度 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 等臂电桥n=1时, 由上式近似得到： 实际输出值为： 非线性误差： 应变式传感器 可见非线性误差与ΔR1/R1成正比 为减小非线性误差常采用差动电桥 差动电桥：在试件上安装两个工作片，一个受拉、 一个受压接在电桥的相邻两个臂，电桥输出为： 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 非线性误差补偿 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 非线性误差补偿 半桥电压灵敏度为： 讨论： ?? 输出电压U0与?R/R呈线性关系，无非线性误差； 电压灵敏度是单桥的两倍； 具有温度补偿作用。 半桥电桥输出： 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 非线性误差补偿 全桥： 　　　　将四臂按对臂同性接四个工作片称全桥。 　若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4 全桥电压输出： 全桥电压灵敏度为： 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 单 桥 半 桥 全 桥 2.3 电阻应变片测量电路（1）直流电桥 应变式传感器 2.3 电阻应变片测量电路（2）交流电桥 交流电桥 优点：放大电路简单无零漂，不受干扰，为特定 传感器带来方便； 缺点：需专用测量仪器或电路不易取得高精度。 应变式传感器 2.4 应变式传感器的应用 （1）电阻应变仪 按测量应变力的频率可分为静态应变仪和动 态应变仪，按应变力频率又可细分为： 静态 ——5Hz； 静动态——几百Hz； 动态 ——5KHz； 超动态——几十KHz； 交流电桥电阻应变仪主要由电桥、振荡器、 放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示 电路组成。??? 应变式传感器 2.4 应变式传感器的应用 （2）力传感器（测力与秤重） 力传感器的弹性元件有：柱式、梁式、环式、轮辐式等： 柱式力传感器有空心（筒形）、实心（柱形） 在圆筒（柱）上按一定方式粘贴应变片，圆筒 (柱）在外力F作用下产生形变，实心圆柱因外 力作用产生的应变为： 式中：L为弹性元件的长度， 　 S为弹性元件的横截面积 　 F外力；σ为应力，σ=F/S； 　　　E为弹性模量 应变式传感器 2.4 应变式传感器的应用（2）力传感器 一般应变片均匀贴在圆柱表面中间部分， R1R2、R3R4串联摆放在两对臂内， 当有偏心应力时，一方受拉另一方受压产生 相反变化，可减小弯矩的影响。 横向粘贴应变片为温度补偿片。 R=R1=R2=R3=R4，受力方向相同 桥路连接图 灵敏度按半桥计算电桥输出为： 应变式传感器 2.4 应变式传感器的应用（2）力传感器（测力与秤重） 圆柱面展开图 应变式传感器 2.4 应变式传感器的应用（2）