传感器与检测技术第2章-1-应变式传感器.pptx

第二章?? 电阻式传感器 ;;2.1 金属应变片式传感器;2.1.1 工作原理; 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 两边取对数，得 等式两边取微分，得 ——电阻的相对变化； ——电阻率的相对变化； ——金属丝长度相对变化，用ε表示， ε= 称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变； ——截面积的相对变化。;dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。;可将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ;电阻的灵敏系数;金属电阻的灵敏系数;2. 应变片的基本结构与种类 ;应变片的类型和材料 ;金属丝式应变片;;优点 ：;金属薄膜应变片 ;金属应变计;2.1.2 金属应变片的主要特性;应变片的电阻值 R; 1 灵敏度系数 当金属丝做成应变片后，其电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即 K为金属应变片的“标称灵敏系数” 。 应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因：胶层传递变形失真，横向效应也是一个不可忽视的因素。; 2. 横向效应;;3. 动态特性;问题;应变式传感器的特点;2.1.3 ? 温度特性（误差及其补偿） 1 温度误差 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。 ; 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 βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。;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（或热输出）。;温度补偿; 温度补偿（自补偿法和线路 补偿法） ①? 单丝自补偿应变片 若要应变片在温度变化Δt时的热输出值为零，必须使 即 选择应变片时，若使其电阻温度系数 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。 ;②双丝组合式自补偿应变片 是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。;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——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。 ; 测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。; 当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一 温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即 上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R′。 当温度升高或降低时，若ΔR1t=ΔR2t，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即; 若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，R2不承受应变。故由前式可得输出电压为;将补偿片贴在被测试件上，既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，贴法如图所示。 ;电桥补偿法;④热敏电阻补偿 ;2.1.4 电阻应变片的测量电路 ;（一）直流电桥 ;2．不平衡直流电桥的工作原理及灵敏度;采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 。此时式(2.1.24)可写为 ;上式表明：; 1、等臂电桥 当R1=R2=R3=R4=R时，称为等臂电桥。 此时电桥输出可写为 ;2、第一对称电桥 若电桥桥臂两两相等，即R1=R2=R，R3=R4=R′，则称它为第一对称电桥，如图，实质上它是半等臂电桥。;3、第二对称电桥 半等臂电桥的另一种形式为R1=R3=R，R2=R4=R′，称为第二对称电桥。;问题：;单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系 ;例：设K=2，要求非线性误差δ1%，试求允许测量的最大应变值εmax。;减小非线性误差 采用的措施为： ;R1＝R2＝R3＝R4=R，Δ