《传感器检测技术》课件——第二章力检测技术.pptxVIP

传感器与检测技术

2.2压电式传感器2.1电阻应变式传感器第二章力检测技术

2.1.3弹性敏感元件

1、变换力的弹性敏感元件2.1.3弹性敏感元件2、变换压力的弹性敏感元件

2.1.3弹性敏感元件在传感器工作过程中，用弹性元件把各种形式的物理量转换成形变，再由电阻应变计等转换元件将形变转换成电量。所以，弹性元件是传感器技术中应用最广泛的元件之一。弹性元件结构形式分为柱形、筒形、环形、梁式、轮辐式等几种形式。

图1变换力的弹性敏感元件1、变换力的弹性敏感元件2.1.3弹性敏感元件

图2变换压力的弹性敏感元件2.1.3弹性敏感元件2、变换压力的弹性敏感元件

悬臂梁悬臂梁是一端固定另一端自由的弹性敏感元件，结构简单、加工方便，应用在较小力的测量中。悬臂梁可分为等截面梁和等强度梁。2.1.3弹性敏感元件图3等截面悬臂梁图4等强度悬臂梁

2.1.3弹性敏感元件

2.1.3弹性敏感元件

2.1.4电阻应变式传感器的测量电路

1、直流电桥工作原理2.1.4电阻应变式传感器的测量电路2、交流电桥工作原理

1、直流电桥工作原理2.1.4电阻应变式传感器的测量电路当R1R4=R2R3时，电桥平衡。

2.1.4电阻应变式传感器的测量电路电阻应变片测量电桥初始条件为：（1）应变片单臂工作直流电桥图1单臂工作直流电桥

（2）应变片双臂直流电桥（半桥）2.1.4电阻应变式传感器的测量电路半桥电路中把两只应变片接入电桥的相邻两支桥臂。根据被测试件的受力情况，一个受拉，一个受压。图2双臂直流电桥

（3）应变片直流全桥电路2.1.4电阻应变式传感器的测量电路直流电桥输出电压与被测应变量呈线性关系，而在相同条件下（供电电源和应变片的型号不变），半桥差动输出是单臂输出的2倍，全桥差动电路输出电压达到单臂输出的4倍，即全桥工作时，输出电压最大，检测的灵敏度最高。图3直流全桥电路

2、交流电桥工作原理2.1.4电阻应变式传感器的测量电路引入原因：由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性，即相当于两只应变片各并联了一个电容。

2.1.4电阻应变式传感器的测量电路式中,C1、C2表示应变片引线分布电容。电桥平衡条件：Uo=0，即：Z1Z4=Z2Z3

2.1.4电阻应变式传感器的测量电路变形为：交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）：

2.1.5温度误差及其补偿

1、温度误差2.1.5温度误差及其补偿2、温度补偿方法

1、电阻应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。2.1.5温度误差及其补偿1)电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：Rt=R0(1+α0Δt)

式中:Rt——温度为t时的电阻值；R0——温度为0时的电阻值；α0——金属丝的电阻温度系数；Δt——温度变化值。当温度变化Δt时，电阻丝电阻的变化值为：2.1.5温度误差及其补偿ΔRα=Rt-R0=R0α0ΔtRt=R0(1+α0Δt)

2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0,它们的线膨胀系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为：2.1.5温度误差及其补偿ls=l0(1+βsΔt)lg=l0(1+βgΔt)

当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形Δl、附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为：2.1.5温度误差及其补偿由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为：结论：因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0,α0,βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。

2、电阻应变片的温度补偿方法（1）单丝自补偿应变片应变片在温度变化时电阻误差为零的条件是:2.1.5温度误差及其补偿选择合适的敏感栅材料，可达到温度自补偿。单丝自补偿应变片的优点是结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度补偿的目的，因此局限性很大。

（2）双丝组合式自补偿应变片由两种电阻温度系数符号不同（一个为正，一个为负）的电阻丝材料组成。将两者串联绕制成敏感栅，若两段敏感栅电阻R1和R2由于温度变化而产生的电阻