电阻应变式传感器课件.ppt

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1、第六章电阻应变式传感器用途：测定力、力矩、压力加速度质量参数等，是使用最广泛的传感器之一，具有悠久的历史6-1电阻应变片的结构与工作原理一、应变效应两边微分——电阻相对变化——电阻率相对变化——电阻丝长度的相对变化，用表示长度方向应变——电阻丝横截面积相对变化r——金属丝的半径——金属丝半径相对变化用表示,即径向应变由材料力学可知——金属材料的泊松比——应变片电阻率的相对变化量——金属丝的灵敏系数表示单位应变引起的金属丝电阻相对变化由两部分组成是由几何尺寸变化引起的而是由金属丝电阻率变化引起的对于金属丝而结论：金属丝电阻相对变化与轴向应变成正比二应变片结构与材料1.敏感栅——某种金属丝绕成栅

2、型细丝直径0.015-0.05mm电阻值60,120,200等各种规格栅长有100m200mm1m,0.5mm,0.2mm要求：较大应变灵敏度系数，并在所测范围内为常数，具有高度稳定的电阻率，以便制造小栅长应变片电阻温度系数要小机械性能好，便于制造和焊接2.基底和盖片作用：保持敏感栅引线的几何尺寸稳定材料：多用专门薄纸制成3.粘洁剂：用基底敏感栅盖片粘接在一起材料：有机、无机、低温、中温和高温三、应变片的主要特性1．灵敏度系数K——为金属丝应变灵敏度，K--为应变片灵敏度必须要重新测定条件：一维作用力，应变片的轴向与主应力方向一致，且材料为钢，其泊松比为时测得：，原因：胶层传递变形失真，还有

3、横向效应2.横向效应当构件轴向应变使敏感栅电阻变化，其横向效应也将使敏感栅半圆弧部分电阻发生变化。即应变片既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化现象称为横向效应。若敏感栅有n根纵栅，每根长为L，半径为r，在轴向应变作用下，全部纵栅的变形为半圆弧横栅受到和的作用，在任一微小段长度上的应变每了圆弧型横栅变形为纵栅n根的应变片共有n-1个半圆弧横栅，全部横栅的变形量为：应变片敏感栅的总变形为应变片敏感栅栅丝总长为L，敏感栅的灵敏系数为,则令——轴向灵敏度——横向灵敏度横向效应系数：H越小越好结论：r越小，L越大，H越小3.机械滞后温度不变时，加载与卸载过程中灵敏度系数不一致的现象原因：粘

4、贴过程中敏感栅不适当，变形或粘贴剂固化不充分消除原因：实验之前应将试件预先加，卸载若干次4.零点漂移和蠕变温度不变时，即使未加应力，应变片指示也会变化，称零点漂移产生原因：敏感栅通以工作电流后温度效应，粘洁剂固化不充分，当应变片承受恒定机械应变量应变片的指示应变随时间变化称为蠕变，产生原因：胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变逐渐减少。5.应变极限6.动态特性：当被测应变值随时间变化频率很高时，需考虑应变片对构件应变的影响，由于应变片基底和粘胶层很薄，构件的应变波传送到应变片，时间很短（0.2）故只需考滤应变沿应变片栅长方向传播时应变片的动态响应。设一频率为f的正弦应变波在构件中的速度

5、V沿应变片栅长方向传播，在某一瞬时t应变构件分布如图所示：设波长为,则有应变片中点的应变为,为t瞬时应变片中点的坐标，由应变片测得的应变栅长L范围内平均应变平均应变与中点应变的相对误差为应变栅长为应变波长,将小于2%因为f—可测频率，v—声波传播速度四温度误差及其补偿1.温度误差a电阻丝具有一定温度系数b电阻丝材料与测试材料的膨胀系数不同——试件材料的膨胀系数——敏感栅材料的膨胀系数由温度变化形成总电阻相对变化为相应的虚假应变为结论：与敏感栅材料性能（、）有关还与有关2．温度补偿（1）单丝看自补偿应变片若使应变片在温度变化时热输出为零，必须使——通过查手册确定（2）双丝组合式自补偿应变片两段

6、敏感栅电阻大小可按下式选择补偿效果可达3.桥路自补偿法当,为常数时，和作用相反，当被测试件不承受应变时，和同处同一温度场，调整电桥令当温度变化，若若此时只有应变作用，只会引起发生变化，不承受应变为了达到完全补偿，需满足下列三个条件：（1）须属于同一批号，K都相同.初始电阻相同（2）粘贴补偿片的构件和粘贴工作片试件二者材料必须相同（3）两应变片处于同一温度环境中可采用的方法:热敏电阻补偿法当温度升高灵敏度下降减小使输出增大6-4电阻应变片的信号调节（测量）电路一，直流电桥当当时，或2.电压灵敏度若为传感器，当电桥不平衡，令桥臂比由于忽略与上式分母中同时时考虑到电桥平衡条件电桥电压灵敏度定义为：

7、讨论：1.电桥电压灵敏度正比于电桥工作电压，一般取1-3V2．令n=1有极值n=1此时，，灵敏度最高3.非线性误差及其补偿方法上式中忽略了分母中的可认为实际情况下电桥输出电压设理想情况下电桥输出电压1为1m试件伸长为1则则非线性误差如果n=1则例6-2对于一般应变片若则若为了减小非线性误差，常采用差分电桥若电桥初始平衡半桥差动电桥无非线性误差是单桥工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用灵敏度单桥4倍且具有温度补