第二讲电阻应变式传感器- 网站首页-安徽电子信息职业技术学院.docVIP

第二讲 电阻应变式传感器 教学目的要求：1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2.熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用； 3.掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用 教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时：共4学时（其中作业习题讲解1学时） 教学内容： 本讲内容介绍： 电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一，本节着重介绍作为应变式传感器核心元件的电阻应变片的工作原理、种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求： 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是应变效应――机械变形时，应变片电阻变化。 图2－6 图2－6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻： ， 求的全微分得： 式中是长度相对变化，即应变。 金属丝的变形有： 式中：泊松比，对于钢 故应变效应数学表达式： 灵敏度系数： 因此应变的应变效应原理： 式中K──电阻应变片的灵敏系数 二、 电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求： 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1.电阻应变片的结构和分类 结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分：丝式、箔式 3.应变片的横向效应 应变片的灵敏系数K恒小于同一材料金属丝的灵敏系数Ks，其原因是由于横向效应的影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后，在圆弧的各微段上，其轴向感受的应变在+x和y=x之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的同样长度电阻丝电阻变化的现象。 结果：应变片的灵敏度比电阻丝的灵敏度要小 4. 应变片的温度误差及补偿 1）. 应变片的温度误差的产生 ①电阻温度系数 当温度变化时， ②电阻丝和试件线膨胀系数不同 设：电阻丝和试件温度0℃时的长度为，温度变化后的长度分别为： 粘在一起的附加应变： ③温度引起的总附加应变 电阻相对变化： 式中： 对应应变： 2）. 温度补偿 ①线路补偿 应变片一般用电桥作为转换电路： 单臂电桥的补偿，通过不受力的试件上贴的应变片接入另一桥臂； 半桥、全桥的自补偿； 热敏电阻的补偿，增加或减小输入电压。 ②自补偿 原理：应变片的电阻温度系数与应变栅材料、退火温度等有关，适当控制材料和工艺使： 则永恒自补。 应变片的测量电路 本节要求： 掌握应变片测量电路的种类，电桥的工作特性。 图2－7 直流电桥转换电路 图2－7 直流电桥转换电路 当时： 1）．电桥平衡条件： 2）．电压灵敏度 单臂电桥： 半桥 若 ， ， 全桥 ， 二、交流电桥 供桥电压：交流。 优点：消除零漂。 图2－ 图2－8 交流电桥 （a）半臂电桥 （b）等效电路 ，，， 平衡条件： 和 当应力变化引起Z1= Z0+ΔZ，Z2=Z0-ΔZ， 电桥输出为： 四、弹性敏感元件的种类及应变片的粘贴 本节要求： 掌握常用弹性敏感元件的应变特性及应变片的粘贴方法 1.常用敏感元件 柱式（实心和空心），梁式（等截面和等强度），板式等 2.应变片的粘贴 柱式（实心和空心）的应变片粘贴； 梁式（等截面和等强度）应变片粘贴： 3.应变片测试原理 用应变片测量应变或应力时，得到应力值 式中──试件的应力； ──试件的应变； E──试件的弹性模量（Pa）。 由此可知，应力值正比于应变，而试件应变又正比于电阻值的变化量△R，所以应力正比于电阻值的变化。这就是利用应变片测量应变的基本原理。 计算应用 例：如图4-14在等截面悬臂梁上粘贴两个应变片进行温度补偿，接电路为； 其中R1和R2为应变片，R1=R2=R3=R4，为配置电阻 式中受到压应力，受到拉应力， 代入有 应变式传感器的应用 本节要求： 了解应变片传感器的应用。 1. 柱（筒）式力传感器 膜片式压力传感器 本讲小结： 电阻应变式传感器是基于电阻应变效应制造的一种测量微小机械变化量的传感器。目前应用最广的电阻应变片有电阻丝应变片和半导体应变片两种。 电阻