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[工学]2电阻式传感器

第2章 电阻应变式传感器 2.1 应变片的工作原理 2.2 电阻应变片的结构 2.3 应变片的温度误差及其补偿 2.4 电阻应变片的测量电路 2.5 电阻应变式传感器 2.1 应变片的工作原理 基于材料的电阻应变效应 导体几何尺寸变化?电阻率变化 广泛应用于: 力、压力、微位移、加速度及相关量的测量 优点: 结构简单、性能稳定 灵敏度高、精度高 适应静、动态测量 便于遥测 2.1 应变片的工作原理 2.1.1 电阻应变效应 金属导体几何变形时其电阻值发生变化 原始长度l 原始半径r 初始电阻R 电阻率ρ 截面积S 受力F作用: 伸长量dl 半径减小dr, 电阻率ρ变化dρ 电阻变化dR 2.1 应变片的工作原理 2.1.1 电阻应变效应 2.1 应变片的工作原理 2.1.1 电阻应变效应 2.1 应变片的工作原理 2.1.2 应变片的分类 2.1 应变片的工作原理 2.1.2 应变片的分类 2.2 应变片的结构 应变片结构 2.2 应变片的结构 应变丝的形式结构 金属应变片 丝式 箔式 应变花 半导体应变片 单根状 2.2 应变片的结构 应变片的主要参数 敏感栅尺寸:l×b 阻值R0:未安装时室温阻值 60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω 灵敏度系数: 标称灵敏度:说明书所注; 实际灵敏度系数: 安装条件下、轴向单向应力作用下的灵敏度 试验标定 绝缘电阻:1010Ω 允许电流 静态25mA;动态75-100mA 2.3 应变片的温度误差及其补偿 误差对应变测量精度的影响 力?试件弹性变形?应变波传递?应变片变形?应变片电阻变化 温度变化?①热变形? ②应变片与试件变形量不同?应变片附加变形——应变片电阻变化(温度误差) 2.3.1 温度误差产生的原因 (1) 温度引起应变片电阻变化 应变片初始阻值R0Ω、温度变化Δt ℃ 、应变材料的电阻温度系数αt(%/℃);应变片灵敏度k. 电阻Rt与温度的关系: 折合成附加应变 附加应变与温度变化及电阻温度系数成正比 2.3.1 温度误差产生的原因 (2) 试件与应变片线膨胀系数不同 试件线胀系数αg、温升Δt、热膨胀量Δlg; 应变丝线胀系数αs、温升Δt 、热膨胀量Δls; 则,相同长度l0的试件与应变丝热膨胀量为: 应变丝与试件的相对伸长量Δlt: 折合成附加应变 附加应变与温升及线胀系数的差系数成正比 2.3.1 温度误差产生的原因 温度引起应变片的附加应变 以上两项附加应变之和 附加应变引入测量误差; 附加应变与温度变化、应变丝及试件的性能参数有关; 温度变化还会改变粘合剂传递应变的性能。 应变测量时必须消除温度误差。 桥路补偿, 应变片自补偿、敏感栅自补偿、 以及热敏电阻补偿 2.3.2 温度误差的补偿 (1) 桥路补偿 (下节) (2) 应变片自补偿 合理选择应变片及试件的性能参数使附加应变恒等于0: 可以实现温度误差自补偿。 方法简单,但有时不易实现。 2.3.2 温度误差的补偿 (3) 双金属敏感栅自补偿 也叫组合式自补偿应变片 只能补偿应变片电阻温度系数引起的温度误差,不能补偿敏感栅与试件热膨胀引起的附加应变; 方法:敏感栅由电阻温度系数为一正一负的两种应变丝材料串联而成。 温度变化时电阻变化一正一负, 当两种应变丝长度合适时,温度误差对消。 2.3.2 温度误差的补偿 (4) 热敏电阻补偿法 测量电桥串联热敏电阻; 输入电压为常数。 温度上升时,应变片阻值增加, 电桥等效电阻变大,输出电压减小; 温升时,使热敏电阻阻值减小; 供桥电压增加,输出电压适当增加; 温度误差被热敏电阻补偿。 应变片、热敏电阻、R5选择适当即可。 2.4 电阻应变片的测量电路 测量电路的作用: 电阻变化量?电压?放大输出?数据采集; 温度误差自动补偿; 非线性误差补偿; 尽量提高测量的灵敏度。 电路类型?电桥 交流/直流电桥 平衡/不平衡电桥 2.4.1 直流电桥 供桥电压U,电桥输出U0 四个臂应变片阻值R1~R4 电桥平衡条件: 电桥输出: 2.4.1 直流电桥 初始状态电桥平衡,输出U0=0 电桥不平衡时,输出U0≠0 将阻值、电阻变化量代入,得 当 时 电桥和差运算的特性: 相对臂电阻变化量相加; 相邻臂电阻变化量相减; 2.4.1 直流电桥 代入 称单位电阻变化量引起的输出电压: 为电桥灵敏度 电桥输出与应变片电阻相对变化量成正比; 电桥输出与供桥电压成正比; 根据布片方式电桥分为全桥、双臂半桥、单臂半桥。 2.4.1 直流电桥 (1) 全桥 电桥的四个臂

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