传感器应变片2.ppt

第三章 电阻应变片传感器 一、定义及分类 二、敏感元件 1 、应变效应 2 、误差因素 三、测量电路 1 、直流电桥 2 、交流电桥 四、思考题 3.2 电阻应变片传感器 ? 一、 定义及分类 ? 二、敏感元件 ? 1 、应变效应 ? 2 、误差因素 ? 三、测量电路 ? 1 、直流电桥 ? 2 、交流电桥 ? 四、思考题 ? 电阻应变片传感器是利用导体或半导体材料的 应变效应 制成的一 种测量器件，由 应变片 和 测量电路 两部分组成。 主要测量力、力矩、加速度等。 ? 常用的应变片有两大类： 1. 金属电阻应变片 2. 半导体应变片 定义及分类 3.2 电阻应变片传感器 ? 一、定义及分类 ? 二、敏感元件 ? 1 、应变效应 ? 2 、误差因素 ? 三、测量电路 ? 1 、直流电桥 ? 2 、交流电桥 ? 四、思考题 导体或半导体材料在被测量（如压力）作用下，产生机械变形， 其 阻值 将发生变化，这种现象称为“应变效应”。 b 引线 覆盖层 基片 L 电阻丝敏感栅 L R S r × = ? 电阻率 很 细 的 高电阻率 的排成 栅网状 的电阻丝 粘贴 在 绝缘 基片上。 电阻丝的电阻： ? 电阻丝长度 ? 横截面积 应变效应 2 L L dR dL dS d S S S r r r = - + R L S R L S r r D D D D = - + dR dL dS d R L S r r = - + 当沿 长度方向（纵向） 受力时，电阻变化量为： 相对变化量： 应变效应 L R S r × = 2 ( ) 2 a S p = 1 2 dS a da p = ? 2 1 2 2 ( ) 2 a da dS da a S a p p × = = 设电阻丝直径为 a ，则： 2 S a S a D D = 应变效应 推导： 2 L L dR dL dS d S S S r r r = - + R L S R L S r r D D D D = - + dR dL dS d R L S r r = - + 当沿 长度方向（纵向） 受力时，电阻变化量为： 相对变化量： 应变效应 2 S a S a D D = a L a L m D D = - 注意负号 又有： ? 泊松比 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 3 (1 2 ) (1 2 ) R L L k R L L L L r r r m m e r D D D D D = + + = + + = D 将 2 、 3 两式带入 1 式中则可得： ? 应变灵敏系数 ? 应变值 电阻丝的电阻相对变化 （电参数） 与纵向应变值（长度相对变 化） （因受力导致） 成正比。 对于金属电阻丝： 对于固定电阻丝， k 在测量范围内一定。 应变效应 L L r r D D 由于 1 2 1.6 ~ 2( 0.3 ~ 0.5) k m m = + = = 一般较小，则 3.2 电阻应变片传感器 ? 一、定义及分类 ? 二、敏感元件 ? 1 、应变效应 ? 2 、误差因素 ? 三、测量电路 ? 1 、直流电桥 ? 2 、交流电桥 ? 四、思考题 误差因素 1 ）横向效应 应变片受力不但有 纵向变形 （如纵向 伸长），而且有 横向变形 （如横向缩 短）。 二者总是方向相反，即横向变形 抵消 纵向变形。结果使所测应变值 变小 。 ? 弯曲半径越大，横向效应越大。 2 ）环境温度 温度是造成应变片测量误差的首要因素（电阻值受温度影响）。 原因： 1. 电阻丝本身受温度影响 2. 电阻丝与被测物材料因温度影响膨胀系数不同引起的 0 0 1 2 ( ) t R R t R k t a a a D = D + - D 当温度变化时，电阻的增量为： ? 原阻值 ? 电阻温度系数 ? 应变灵敏系数 ? 被测物材料膨胀系数 ? 电阻丝材料膨胀系数 3 ）应变片的粘贴 它涉及到被测物表面的变形能否正确地传递给应变片，是应变测 量的关键之一。 粘合剂 应适合应变片材料和被测物材料，遵循正确的粘贴工艺。 误差因素 3.2 电阻应变片传感器 ? 一、定义及分类 ? 二、敏感元件 ? 1 、应变效应 ? 2 、误差因素 ? 三、测量电路 ? 1 、直流电桥 ? 2 、交流电桥 ? 四、思考题 直流电桥 V U R4 R1 R3 R2 1. 电桥平衡条件 ( 使用初始条件 ) A 、 C 两点电势相等时电桥平衡 （ U o =0 ） 1 4 0 1 2 3 4 1 3 2 4 1 2 3 4 ( ) ( )( ) i i R R U U R R R R R R R R U R R R R = - + + - = + + 1 4 1 3 2 4 2 3 R R R R R R R R = = 当 ，即 电桥平衡。 ?