传感技术 第2章 电阻应变计式传感器.ppt

2.5 电阻应变计式的测量电路 分析上述可知： 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，供电电压越高，电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制； 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 当供桥电压和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂阻值大小无关。 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。 * 2.6 电阻应变计式传感器 * 2.6 电阻应变计式传感器 2.压力传感器 压力传感器主要用来测量流体的压力。视其弹性体的结构形式有单一式和组合式之分。 单一式压力传感器是指应变计直接粘贴在受压弹性膜片或筒上。膜片式应变压力传感器的结构、应力分布及布片，与固态压阻式传感器雷同(参阅2.6节)。 * 2.6 电阻应变计式传感器 筒式应变压力传感器 (a)结构示意；(b)筒式弹性元件；(c)应变计布片1—插座；2—基体；3—温度补偿应变计；4—工作应变计；5—应变筒 * 2.6 电阻应变计式传感器 对厚壁筒? 对薄壁筒 * 2.6 电阻应变计式传感器 组合式压力传感器则由受压弹性元件(膜片、膜盒或波纹管)和应变弹性元件(如各种梁)组合而成。前者承受压力，后者粘贴应变计。两者之间通过传力件传递压力作用。这种结构的优点是受压弹性元件能对流体高温、腐蚀等影响起到隔离作用，使应变计具有良好的工作环境。 * 2.6 电阻应变计式传感器 3.位移传感器 应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量。它可用来近测或远测静态与动态的位移量。因此，既要求弹性元件刚度小，对被测对象的影响反力小，又要求系统的固有频率高，动态频响特性好。 国产YW系列应变式位移传感器结构。这种传感器由于采用了悬臂梁-螺旋弹簧串联的组合结构，因此它适用于较大位移(量程＞10～100mm)的测量。 * 2.6 电阻应变计式传感器 YW型应变式位移传感器 (a)传感器结构；(b)工作原理1—测量头； 2—弹性元件； 3—弹簧； 4—外壳； 5—测量杆； 6—调整螺母； 7—应变计 * 2.6 电阻应变计式传感器 由于测量杆位移d为悬臂梁端部位移量d1和螺旋弹簧伸长量d2之和。由材料力学可知，位移量与贴片处应变ε之间的关系为 上式表明：d和ε成线性关系，其比例系数K与弹性元件尺寸、材料特性参数有关；ε通过4片应变计和应变仪测得。 * 2.6 电阻应变计式传感器 4.其他应变式传感器 利用应变计除可构成上述主要应用传感器外，还可构成其他应变式传感器，如通过质量块与弹性元件的作用，可将被测加速度转换成弹性应变，从而构成应变式加速度传感器。如通过弹性元件和扭矩应变计，可构成应变式扭矩传感器，等等。应变式传感器结构与设计的关键是弹性体型式的选择与计算，应变计的合理布片与接桥。 * 2.6 电阻应变计式传感器 应变式加速度传感器 测量时，基座固定振动体上，振动加速度使质量块产生惯性力，悬臂梁则相当于惯性系统的“弹簧”，在惯性力作用下产生弯曲变形。因此，梁的应变在一定的频率范围内与振动体的加速度成正比。 a=F/m * 2.6 电阻应变计式传感器 例题：如图所示为等强度梁测力系统， 为电阻应变片，应变片灵敏度系数 ，未受应变时 ，当试件受力 时，应变片承受平均应变 ，求 （1）应变片电阻变化量 和电阻相对变化量 。 （2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，桥臂比 ， ， 求电桥输出电压。 R1+ΔR1 U0 E RL R2 R4 R3 * 由材料力学的知识：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向应变的关系为： * * 在温度恒定的条件下，即使被测构件未承受应力，应变计的指示应变也会随时间的增加 而逐渐变化，这一变化即称为零点漂移，或简称零漂。如果温度恒定，且应变计承受恒定的 机械应变，这时指示应变随时间的变化则称为蠕变。 零漂和蠕变是同时存在的，在蠕变值中包含着同一时间内的零漂值。 应变计在常温下使用时，产生零漂的主要原因是敏感栅通以工作电流之后产生的温度效 应、在制造和安装应变计过程中所造成的内应力、以及粘结剂固化不充分等。随着工作温度 的增加，零漂的产生则主要是敏感栅材料的逐渐氧化、粘结剂和基底材料性能的变化等因素 所致。尤其是高温下工作的应变计，敏感栅材料