第2章应变式传感器.ppt

* 这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即 所以，两段敏感栅的电阻大小可按下式选择 该补偿方法的优点是：制造时，可以调节两段敏感栅的丝长，以实现对某种材料的试件在一定温度范围内获得较好的温度补偿。补偿效果可达±0.45 με/°C。 * （3）电路补偿法 如图2-7所示，电桥输出电压与桥臂参数的关系为 (2-20) 式中 A—由桥臂电阻和电源电 压决定的常数。 由上式可知，当R3 、 R4为常数时，R1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。 图2-7 桥路补偿法 * 测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，如图2-8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，如图中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。 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′。 图2-8 补偿应变片粘贴示意图 * 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(2-20)式可知电桥的输出电压为零，即 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(2-20)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。最后应当指出，为达到完全补偿，需满足下列三个条件： ①R1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； 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。 * 此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是上面三个条件不易满足，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。 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2-9所示的贴法。 图2-9 温度补偿方法 (a)构件受弯曲应力 (b)构件受单向应力 * (a)图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，此时电桥的输出为 * 理想：用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其他因素的影响。 现实：应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。 温度误差的问题： 敏感机栅电阻受温度影响 敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当Δt存在时，引起应变片的附加应变 * 温度误差的补偿： (1)单丝自补偿 (2)双丝组合式自补偿 选择合适材料 调节两段敏感栅的丝长 (3)电路补偿法 R3 、 R4为常数时，R1和R2对输出电压的作用方向相反，但热输出相同。 * 2-2、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。 金属箔的厚度一般为0.003～0.010mm，（丝式为其5倍）； 基片和盖片多为胶质膜，基片厚度为0.03～0.05 mm。 表面积大，散热好，可通入较大电流（即可输出较大信号）； 端部宽，横向效应小； 生产工序复杂 由于引出线焊点采用锡焊，不适于高温测量。 * 压力、扭矩、加速度… 应变 电阻 电压 测量电路 如何从电阻的变化获得电压的变化？ 2-3 测量电路 * 2-3 测量电路 多采用交流电桥(配交流放大器)，其原理和直流电桥相似。 因直流电桥比较简单，所以首先分析直流电桥。如右图 R E R E R0 * 2-3 测量电路 * 2-3 测量电路 而实