第二章力传感器1分解.ppt

根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。 R1 R2 F F R1 R2 （b） （a） F 图(a)为一个梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2的阻值变化的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。 (b)图是受单向应力的构件，将工作应变片R2的轴线顺着应变方向，补偿应变片R1的轴线和应变方向垂直，R1和R2接入电桥相邻臂，其输出为 构件受弯曲应力 构件受单向应力 另外也可以采用热敏电阻进行补偿。如图所示，热敏电阻Rt与应变片处在相同的温度下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻Rt的阻值下降，使电桥的输入电压温度升高而增加，从而提高电桥输出电压。选择分流电阻R5的值，可以使应变片灵敏度下降对电桥输出的影响得到很好的补偿。 USC R2 R4 R1 R3 E Rt R5 （二）?? 金属箔式应变片 箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片，如图。金属箔的厚度—般为(0.003～0.010)mm，它的基片和盖片多为胶质膜，基片厚度一般为(0.03～0.05)mm。 金属箔式应变片和丝式应变片相比较，其特点： ①金属箔栅很薄，因而它所感受的应力状态与试件表面的应力状态更为接近；当箔材和丝材具有同样的截面积时，箔材与粘接层的接触面积比丝材大，使它能更好地和试件共同工作；箔栅的端部较宽，横向效应较小，因而提高了应变测量的精度。 ②箔材表面积大，散热条件好，故允许通过较大电流，因而可以输出较大信号，提高了测量灵敏度。 ③箔栅的尺寸准确、均匀，且能制成任意形状，特别是为制造应变花和小标距应变片提供了条件，从而扩大了应变片的使用范围。 ④蠕变小，疲劳寿命长。 ⑤便于成批生产，而且生产效率高。 缺点：电阻值分散性大，有的相差几十Ω，故需要作阻值调整；不适于高温环境下测量；此外价格较贵。 （三）?? 测量电路 电阻应变片的测量线路根据采用的电源不同，分为交流电桥和直流电桥两种。直流电桥比较简单，因此以直流电桥为例分析说明，如图所示。图中E为电桥供电电源，R1、R2、R3、R4为四个桥臂电阻，当电桥的负载电阻Rg为无穷大时，电桥的输出电压Ug为 ? R2 R4 R1 R3 E 直流电桥原理图 Rg A C D Ig B 当Ug=0时，直流电桥处于平衡状态，则有 R1R4=R2R3 该式说明，电桥平衡时，其相对两臂电阻的乘积相等或相邻两臂电阻的比值相等。 右图为单臂工作电桥，R1为工作应变片，R2、R3、R4为固定电阻，E为电桥供电电源，Ug为电桥的输出电压，负载电阻为无穷大，应变片电阻R1有一增量ΔR1时，电桥的输出电压为 设桥臂比n= R2/ R1，根据直流电桥平衡条件R1R4=R2R3，忽略分母中的ΔR1，整理后可得 则直流电桥电压灵敏度为 当n=1，且R1/R2=R3/R4时，单臂工作电桥的输出电压为 可见，当单臂工作电桥的供电电源不变，负载电阻无穷大时，在应变片承受应变引起的电阻变化量ΔR1相对R1＋R2的值可忽略的情况下，电桥输出电压Ug与应变片电阻相对变化呈线性关系，即单臂直流电桥电压灵敏度为常数。 如果在电桥的相临两个桥臂同时接入性能和指标完全相同的工作应变片，一片受拉，另一片受压；或相对两个桥臂同时受拉或受压，则 如果电桥的四个桥臂都接入性能和指标完全相同的工作应变片，如图，称为全桥电路，全桥电路的输出电压为 可见，全桥电路的电压灵敏度比单臂工作电桥提高4倍。全桥电路和相邻臂工作的半臂电路不仅灵敏度高，而且当负载电阻无穷大时，没有非线性误差，同时还起到温度补偿作用。 例1 某应变片的电阻R=350Ω,K=2.05,用作应变ε为800μm/m的传感元件。①求ΔR/R和ΔR；②若电桥供电电源电压为E=3V，计算惠斯登全桥电路的输出电压U0。 解：ΔR/R=Kε＝800×2.05＝0.00164 则 ΔR=KεR＝0.00164×200＝0.574Ω 例2 一个K＝2.1的350Ω应变片被粘贴到铝支柱(其弹性模量E＝73GPa)上。支柱的外径为50mm，内径为47.5 mm。试计算当支柱承受1000kg负荷时电阻的变化。 （提示：σ＝εE，σ为测试的应力；ε为应变；E为材料的弹性模量）