应变式传感器讲述.ppt

　　　　3.5 应变式传感器的应用3.5.1 应变式力传感器　　被测物理量为荷重或力的应变式传感器时，统称为应变式力传感器，其主要用途是作为各种电子秤与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试和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少量变化时，不应对输出有明显的影响。 　　1.柱(筒)式力传感器　　图3-13(a)、(b)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，当截面为A的圆柱(筒)受轴向力F作用时，其应变为　　　　。应变片对称地粘贴多片，电桥接线时应尽量减小载荷偏心和弯矩影响。贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接如图3-13(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R5和R7串接，R6和R8串接，接于另两个桥臂上，可提高灵敏度并作温度补偿用。 图3-13 圆柱(筒)式力传感器 (a)柱式；(b)筒式；(c)圆柱面展开图；(d)桥路连线图 　　2.环式力传感器　　如图3-14(a)所示为环式力传感器结构图。与柱式相比，应力分布变化较大，且有正有负。　　 (3-54) (3-55) 图3-14 环式力传感器 (a)环式力传感器结构图；(b)应力分布 对R/h5的小曲率圆环，可用下面的式(3-54)及式(3-55)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。这样，测出A、B处的应变，即可得到载荷F。　　图3-14(b)中的M为圆环应力分布曲线，从图中可以看出，R2应变片所在位置应变为零，故R2应变片起温度补偿作用。 (3-54) (3-55) 　　3.悬臂梁式力传感器　　1)等截面梁力传感器　　悬臂梁的横截面积处处相等，所以称为等截面梁，如图3-15所示。当外力F作用在梁的自由端时，固定端产生的应变最大，粘贴在应变片处的应变为式中：L0——悬臂梁受力端距应变中心的长度；　　　b、h——梁的宽度和梁的厚度。  (3-56) 图3-15 等截面悬臂梁 　　2)等强度梁力传感器　　悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化时，是一种特殊形式的悬臂梁，如图3-16所示。当力作用在自由端时，梁内各断面产生的应力相等，表面上的应变也相等，所以称为等强度梁。等强度梁对在L方向上粘贴应变片的位置要求不严，应变片处的应变大小为 (3-57) 图3-16 等强度悬臂梁 　　在悬臂梁式力传感器中，一般将应变片贴在距固定端较近的表面，且顺梁的方向上、下各贴两片，上面两个应变片受压时，下面两个应变片受拉，并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压灵敏度，又可减小非线性误差。 3.5.2 应变式压力传感器　　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、枪管及炮管内部的压力、内燃机管道的压力等。　应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。　　图3-17为膜片式压力传感器，应变片贴在膜片内壁，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 (3-58) (3-59) 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。　　根据以上特点，一般在平膜片圆心处沿切向粘贴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。 图3-17 膜片式压力传感器 (a)应变变化图;(b)应变片粘贴 3.5.3 应变式容器内液体重量传感器　　图3-18是插入式测量容器内液体重量的传感器示意图。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。当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为　　　　　　　Uo=U1-U2=(K1-K2)hρg　　　　　(3-60)式中，K1，K2为传感器传输系数。 　　由于hρg表征着感压膜上面液体的重量，对于等截面的柱式容器，有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3-61)式中：Q——容器内感压膜上面溶液的重量；　　　A——柱形容器的截面积。　　将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量与电桥输