第4讲电阻应变式传感器.ppt

授课内容 金属电阻应变片的工作原理 电阻应变片的特性 电阻应变片的测量电路 电阻应变式传感器的应用 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。 金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。 应变片的灵敏系数 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差， 称为应变片的温度误差。 电阻温度系数的影响 电桥补偿法 利用电桥相邻二臂同时产生大小相等、符号相同的电阻量不会破坏电桥平衡的特性来达到补偿的目的。则： 选择式自补偿应变片 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。 热敏电阻补偿法 单臂电桥 全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。 半桥工作 R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变?1~?2以及产生的电阻增量正负号相反，可以使输出电压Uo成倍地增大。 全桥工作 全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件受力后，应变片R1 ~ R4产生的电阻增量（或感受到的应变?1~?4）正负号相间，就可以使输出电压U0成倍地增大。 设电桥初始平衡，四臂工作，各臂应变电阻变化分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，全桥工作时可得输出电压 柱式力传感器 梁式测力传感器 作业 1、如图1所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0且R1=R4=R时，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd≈-（E/2）(ΔR/R)。 减小和消除非线性误差的方法 差动电桥 电阻应变式传感器的应用 柱式力传感器 -ε2 +ε1 截面积S F F F 面积S -ε1 +ε2 b） a） 各种悬臂梁 F F 固定点 固定点 电缆 各种悬臂梁 应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 F R 1 R 2 R 4 荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。 荷重传感器原理演示 电子秤 磅秤 远距离 显示 超市打印秤 人体秤 结构如图所示。称重传感器采用准S型，双孔弹性体，重力P作用在中心线上。弹性体双孔位置贴四片箔式电阻应变片。双孔弹性体可简化为在一端受一力偶M，其大小与P及双孔弹性体长度有关。 测量电路如图所示，由测量电桥、差动放大电路、A/D转换及显示等组成。 例：手提电子秤 应变式数显扭矩扳手 材料应变的测量 斜拉桥上的斜拉绳应变测试 2、书P52题7、8、9 电阻应变式传感器 第4讲 电阻应变式传感器 电阻式传感器 电阻式： （电位计） 应变式： 物理量变化 电阻变化 传感元件 属于大电阻变化型，R：0—R传 物理量变化 变形 （应力、应变） 敏感元件 属于微电阻变化型，R：0—20%R传 传感元件 电阻变化 补充 电位器式传感器 变阻器式传感器产品 案例：重量的自动检测--配料设备 比较 重量设定 原材料 原理：弹簧-力-位移 -电位器-电阻 案例：煤气包储量检测 煤气包 钢丝 原理：钢丝-收线圈数 -电位器 -电阻 案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ） 原理：电机-转角 -电位器 -电阻 电阻应变式传感器 电阻应变效应 电阻应变片的工作原理 电阻应变效应 电阻应变片的工作原理 应变片的种类 应变计 金属式 半导体式 丝式 箔式 薄膜式 薄膜型 PN结极其它形式 扩散型 应变片的种类 金属丝式应变片的敏感栅由金属丝绕制而成。金属丝材料为电阻率ρ大而电阻温度系数小的材料。丝式应变片的规格一般以使用面积(L*b)和敏感栅的电阻值来表示。阻值一般在50～10OOΩ范围内，常用的为12OΩ。 金属丝式应变片 应变片的种类 箔式应变片的外形 箔式应变片的敏感栅通过光刻、腐蚀等工艺制成，可根据需要制成任意形状，具有表面积大、散热性好、允许电流大、便于成批生产等优点。 应变片的种类 金属薄膜应变片是采用真空溅射或真空沉积的方法制成，它将可产生形变的金属或合金直接沉积在弹性元件上而不用粘合剂。这样应变片的性能更好，灵敏度高。所谓薄膜指厚度在0.1μm以下的金属膜。厚度在25μm左右的称厚膜箔式应变片即属厚膜。 应变片的结构 金属丝式应变片的内部结构 电阻应变片的特性 横向效应 应变片由于感受横向应变而使电阻变化率减小，并减低灵敏度的现象称为应变片的“横向效应”。 温度误差及其补偿 Rt=R0(1+α0Δt) 试件材料和电阻丝