电阻丝式应变传感器-PBL

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1、第2章电阻丝式应变传感器主要内容2.1金属丝应变效应（重点）2.2金属丝式应变片的结构与材料2.3金属丝式应变片的主要特性（难点）2.4金属丝式应变传感器测量电路（重点）2.5金属丝式应变片温度误差及其补偿（重点，难点）2.6金属丝式应变传感器的应用（重点）2.7其它电阻式传感器非电量应变电阻应变片弹性元件电阻变化电量传感器第2章电阻丝式应变传感器2.1提出问题2.2问题一的分析和解决2.3问题二的分析和解决2.4问题三的分析和解决2.5问题四的分析和解决2.6由问题所想到的2.1提出问题采用四片相同的金属丝应变片，将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。已知金属丝应变片的灵敏度系

2、数K＝2，力F＝9800N。圆柱断面半径r＝1cm，杨氏模量E＝2×107N/cm2，泊松比μ＝0.3。问题一、画出金属丝应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图。问题二、各金属丝应变片的应变为多少？电阻相对变化量是多少？问题三、若电桥电压U＝6V，求桥路输出电压U0为多少？问题四、此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。2.2问题一的分析和解决2.2.1问题一的分析采用四片相同的金属丝应变片，将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。已知金属丝应变片的灵敏度系数K＝2，力F＝9800N。圆柱断面半径r＝1cm，杨氏模量E＝2×107N/cm2，泊松比μ＝0.3。问题一

3、、画出金属丝应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图。1、金属丝式应变片的工作原理是什么？2、金属丝应变片的灵敏度系数K的含义什么？3、实心弹性元件的作用是什么？4、测量电桥的工作原理是什么？2.2.1问题一的分析1、金属丝式应变片的工作原理是什么？（1）金属丝应变效应当金属丝在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，称为应变效应。设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为图2-1电阻丝应变效应示意图2.2.1问题一的分析等式两边微分2.2.1问题一的分析KS的组成：1)金属丝的几何尺寸变化引起，一般金属的μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；

4、2)除与金属丝几何尺寸变化有关外，还与金属本身的特性有关，如康铜C≈1；康铜：KS≈2.0，其他金属或合金，KS一般在1.8～3.6范围内。材料几何尺寸变化材料物理特性变化2.2.1问题一的分析（2）金属丝式应变片的结构与材料金属丝式电阻应变片由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和黏结剂等组成。图2-2电阻应变片构造示意图2.2.1问题一的分析2.2.1问题一的分析2、金属丝应变片的灵敏度系数K的含义什么？（1）金属丝应变片灵敏度系数K金属丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度系数KS表示。当金属丝做成应变片后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。金属应变

5、片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS的原因：1）应变传递失真；2）横向效应。2.2.1问题一的分析(2)横向效应图2-3丝绕式应变片敏感栅的半圆弧形部分直线段：轴向拉应变，电阻值增大。圆弧段：除存在轴向应变外，还存在横向负应变造成电阻值减小，因而灵敏度减小。2.2.1问题一的分析3、实心弹性元件的作用是什么？在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。图2-4实心弹性元件力F作用下，与轴线任意夹角的α方向，其应变为轴向应变片感受的应变为：当α=0时，圆周方向的

6、应变为：当α=90°时，2.2.1问题一的分析4、测量电桥的工作原理是什么？（1）直流四臂电桥电路的工作原理设直流电源电压为E，根据等效发电机原理可求出检流计中流过的电流Ig与电桥各参数之间的关系为图2-5电桥线路原理图欧姆定律2.2.1问题一的分析电桥平衡状态：Rg为无穷大2.2.1问题一的分析（2）等臂电桥（R1=R2=R3=R4=R）结论：1、当R>>ΔRi时，输出电压与应变成线性关系；2、若相邻桥臂应变极性一致，输出电压为两者之差；若相邻桥臂应变极性不同，输出为两者之和；3、若相对桥臂应变极性一致，输出电压为两者之和；若相对桥臂应变极性不同，输出为两者之差；R>>ΔR

7、i2.2.1问题一的分析（3）电桥误差分析当仅桥臂AB单臂工作时，输出电压为R>>ΔRi根据泰勒级数展开2.2.1问题一的分析Kε<<1减小误差的方法——差动电桥2.2.2问题一的解决采用四片相同的金属丝应变片，将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。已知金属丝应变片的灵敏度系数K＝2，力F＝9800N。圆柱断面半径r＝1cm，杨氏模量E＝2×107N/cm2，泊松比μ＝0.3。问题一、画出金属丝应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图。解问题一：应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图如下。图2-62.