电阻应变式传感工作原理.ppt

第四章 电阻应变式传感器 概述 概述 概述 概述 （1）直流电桥 ③非线性误差补偿 ③非线性误差补偿 2 采用高内阻的恒流源电桥 （2）交流电桥 （3）电阻应变仪 电阻应变仪结构图介绍 ②悬臂梁式力传感器 ③ 轮辐式测力传感器（剪切力） ④ 膜片式压力传感器 ④ 膜片式压力传感器 ⑤应变式加速度传感器 圆柱面展开图 荷重传感器弹性元件形式 等截面梁： 悬臂梁的横截面积处处相等，所以称等截面梁。 当外力F作用在梁的自由端时，固定端产生的应 变最大，粘贴在应变片处的应变为： 式中： 是梁上应变片至自由端距离， b、h 分别为梁的宽度和梁的厚度。 等强度梁： 悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化， 是一种特殊形式的悬臂梁。 当力作用在自由端时，力距作用点任何截面 积上应力相等，应变片的应变大小为： 因为应变片的应变大小与力作用的距离有关，所以应变片应贴在距固定端较近的表面，顺梁的方向贴上下各贴两只。 四个应变片组成全桥。上面两个受压时下面两个受拉。 这种传感器适用于测量500Kg以下荷重。 各种平行双孔梁 各 种 形 式 梁 梁的形式较多，如平行双孔梁、工字梁、S型拉力 （a）双孔梁 （b）S形 轮辐式传感器结构主要由五个部分组成， 轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片。 膜片式传感器的弹性敏感元件是一个圆形的金属膜片，金属元件的膜片周边被固定，当膜片一面受压力P作用时，膜片的另一面有径向应变εr和切向应变εt 。应变值分别为： 式中： r —— 膜片半径 h —— 膜片厚度 E —— 膜片弹性模量 μ—— 膜片泊松比 x —— 任意点离圆心距离 P h r 0 圆形金属膜片 径向应变 切向应变 R1 R2 0.58 r R3 R4 （1） 温度误差及其产生原因 用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素： 应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。 4.6??电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为 由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为 βe—试件材料线膨胀系数；βg—敏感栅材料线膨胀系数。 相应的电阻相对变化为 K——应变片灵敏系数。 温度变化形成的总电阻相对变化： 相应的虚假应变为 上式为应变片粘贴在试件表面上，当试件不受外力作用，在温度变化Δt 时，应变片的温度效应。用应变形式表现出来，称之为热输出。 可见，应变片热输出的大小不仅与应变计敏感栅材料的性能(αt,βg)有关，而且与被测试件材料的线膨胀系数(βe)有关。 （2） 温度补偿（自补偿法和线路补偿法） ①? 选择式自补偿应变片 由前式知，若使应变片在温度变化Δt时的热输出值为零，必须使 即 每一种材料的被测试件，其线膨胀系数 都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数 和线膨胀系数 满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。 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，否则不能达到温度自补偿的目的。 ②双金属敏感栅自补偿应变片 由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的，如图。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即 (ΔRa) t= – (ΔRb) t 焊点 Ra Rb 补偿效果可达±0.45με／℃。 ③??? 电路补偿法 如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为 式中　A——由桥臂电阻