应变电阻式传感器教学课件PPT.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 由图可以看出上升时间tk（应变输出从10%上升到90%的最大值所需时间）可表示为 ? 式中： l0——应变片基长；  v——应变波速。  若取l0=20mm， v=5000 m/s，则tk=3.2×10-6 s。 (3-17) 3.4 电阻应变片的测量电路 电阻应变式传感器的测量电路常采用电桥电路 可以分为直流电桥或交流电桥。 桥的作用：将应变片产生的应变而引起的电阻变化量 转换成电压变化量 或电流变化量 输出。 △R △mV △I 3.4.1 直流电桥 1. 直流电桥平衡条件 电桥电路如图3-9所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。 当RL→∞时，电桥输出电压为 （3-34） 图3-9 直流电桥 当电桥平衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3 或 （3-35） 式（3-35）为电桥平衡条件。 这说明欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。 （3-36） 设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1R1，分母中ΔR1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则式（3-36）可写为 (3-37) 电桥电压灵敏度定义为 (3-38) 2. 电压灵敏度 应变片工作时，其电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。当受应变时，若应变片电阻变化为ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为 从式（3-38）分析发现：  ① 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，所以要作适当选择；  ② 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E值确定后，n取何值时才能使KU最高。 图3-10 差动电桥 3.5 应变式传感器的应用 3.5.1 应变式力传感器 被测物理量为荷重或力的应变式传感器时，统称为应变式力传感器。其主要用途是作为各种电子称与材料试验机的测力元件、 发动机的推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。  应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性，当传感器在受到侧向作用力或力的作用点少量变化时，不应对输出有明显的影响。 弹性元件 传感元件(应变片) 被测非电量 电阻 应变 应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻应变片的应用可分为两大类： 第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路； 第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。 柱（筒）式力传感器 特点：结构简单、可承受很大载荷； 多种截面形状：实心截面、空心截面。 汽车衡示意图 图3-15等截面悬臂梁 图3-16等强度悬臂梁 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 荷重传感器原理演示 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。 电子秤 磅秤 超市打印秤 远距离 显示 人体秤 应变式数显扭矩扳手 可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2～500N.m，耗电量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。 材料应变的测量 斜拉桥上的斜拉绳应变测试 案例：机器人握力测量 轮辐式：适用于汽车秤、轨道衡、平台秤、料仓秤、吊车、压力试验机等电子衡器。 悬臂梁：用于各类电平台秤中。 两端梁 悬臂梁