应变式位移感应器1.ppt

电子发烧友 电子技术论坛 2.1 应变式传感器 2.1.1 工作原理 2.1.2 金属应变片的主要特性 2.1.3 测量电路 2.1.4 应变式传感器应用 2.1.1 工作原理 1.金属的电阻应变效应 电阻的灵敏系数 金属电阻的灵敏系数 2. 应变片的基本结构与种类 敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 丝绕式 基 底 绝缘 覆盖层 保护 应变片的类型和材料 金属丝式 金属箔式 金属薄膜式 金属丝式应变片 金属箔式应变片 在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状 优点 ： （1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求， （2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅 （3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。 散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。 （4）横向效应可以忽略。 （5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。 缺点： 电阻值的分散性大 阻值调整 金属薄膜应变片 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系 2.1.2 金属应变片的主要特性 （一）灵敏系数 （二）横向效应 （三）温度误差及其补偿 应变片的电阻值 R 应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下测得的电阻值 电阻系列：60、120、200、350、500、1000Ω 可以加大应变片承受电压， 电阻值大 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大 （一）灵敏系数 （二）横向效应 横向效应 应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。 （三）温度误差及其补偿 相应的虚假应变输出 温度补偿 电桥补偿法 优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好，缺点： 在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。 ② 应变片的自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片 ③热敏电阻补偿 2.1.3 电阻应变片的测量电路 1. 直流电桥 直流电桥的工作原理 2．不平衡直流电桥的工作原理及灵敏度 当电桥后面接放大器时, 电桥输出端看成开路.电桥的输出式为： 上式表明： ① ΔRi R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 ② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为两者之和。 ③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为两者之差。 ④ 电桥供电电压U越高，输出电压U0越大。但是，当U大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。 ⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。 2.非线性误差及其补偿 全桥差动电路 2.1.4 电阻应变式传感器的应用 1???应变式力传感器 2? 应变式压力传感器 3. 应变式液体重量（或液位）传感器 4? 应变式加速度传感器 (2)梁式力传感器 BK-2S称重传感器 BK－4轮辐式传感器系列  2. 应变式压力传感器 AK-1型应变式脉动压力传感器 3. 容器内液体重量（液位）传感器 4. 应变式加速度传感器 略去分母中的ΔR1/R1项 ,假设ΔR1/R11 单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系 实际输出电压 上一页 返 回 下一页 电桥的相对非线性误差为 减小非线性误差 采用的措施为： （1）采用半桥差动电桥 R1 R2 F U0 R1＋⊿R1 R4 R3 U R2－⊿R2 上一页 返 回 下一页 R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR 严格的线性关系 电桥灵敏度比单臂时提高一倍 温度补偿作用 上一页 返 回 下一页 输出电压为：