5-6-7-2.1-应变式传感器课案.ppt

作业 2.1 应变式传感器小结 2.1.1 工作原理 应变效应 2.1.2 电阻应变片的主要特性 横向效应 温度误差及其补偿 2.1.3 测量电路 直流电桥 非线性误差及其补偿 2.1 应变式传感器 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 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 a.选择式自补偿应变片 优点：容易加工，成本低。 缺点：试件确定的情况下，选择相应的应变片， 只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。 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 即可达到温度自补偿的目的。 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 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（一正一负）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。 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 电桥输出电压与桥臂参数的关系为 A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。 USC R2 R4 R1 R3 E 电桥补偿法 由上式可知，当R3、R4为常数时（固定电阻，不受温度影响），Rl和R2对输出电压的作用方向相反。 利用这个基本特性可实现对温度的补偿，并且补偿效果较好，这是最常用的补偿方法之一。 电桥补偿法 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 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。 补偿应变片粘贴示意图 R1 R2 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 被测试件 补偿块 当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即 上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R′。 当温度升高或降低时，若ΔR1t=ΔR2t，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 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： ①R1和R2属于同一批号的，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； ②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； ③两应变片处于同一温度环境中。 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好 缺点： 在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。 电桥补偿法 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1 应变式传感器 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 应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。 测量电路：直流电桥和交流电桥。 2.1 应变式传感器 1. 直流电桥 （1）按桥臂电阻不同配制分 （a）R1=R2=R3=R4 等臂桥 （b）R1=R2=R, R3=R4=R’ 输出对称桥，第一对称桥 （c） R1=R3=R, R2=R4=R’ 电源对称桥，第二对称桥 2.1.3 电阻应变片的测量电路 2.1 应变式传感器 1. 直流电桥 （2）按工作应变片分 （a）R1为工作应变片 R2补偿应变片 单臂桥 （b）R1，R2工作应变片 双臂桥 R1=R+R’’,R2=R-R’’ 半桥形式的差动测量桥 （c） R1,R2,R3,R4工作应变片 全桥 R1=R