应变电阻传感器.ppt

全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4，则：结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。第62页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三2.3.2交流电桥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。第63页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三图4.7交流电桥第64页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三式中,C1、C2表示应变片引线分布电容。每一桥臂上复阻抗分别为：第65页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三交流电桥输出：电桥平衡条件：Uo=0，即：Z1Z4=Z2Z3整理可得：第66页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三变形为：交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）：第67页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三调零电路：第68页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三如果采用差动结构：当被测应力变化引起工作应用片阻值变化时，则电桥输出为：第69页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三2.4应变式传感器的应用应变片能将应变直接转换成电阻的变化其他物理量（力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变－弹性元件应变式传感器的组成：弹性元件、应变片、附件（补偿元件、保护罩等）第70页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三2.4.1应变式力传感器被测物理量：荷重或力。主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等。第71页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三图4.9圆柱（筒）式力传感器（a）柱式；（b）筒式；（c）圆柱面展开图；（d）桥路连线图1.柱（筒）式力传感器第72页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三1.柱（筒）式力传感器图所示为柱式、筒式力传感器,贴片在圆柱面上的位置及在桥路中的连接如图（c）、（d）所示。纵向和横向各贴四片应变片，纵向对称的R1和R3串接,R2和R4串接,横向的R5和R7串接,R6和R8串接,并置于桥路对臂上以减小偏心载荷及弯矩的影响,横向贴片作温度补偿用。桥路输出电压第73页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三测量原理：在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值σ为：σ=E·ε第30页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三2.2应变片的温度误差及补偿2.2.1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。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)第31页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三式中:Rt——温度为t时的电阻值；R0——温度为t0时的电阻值；α0——温度为t0时金属丝的电阻温度系数；Δt——温度变化值，Δt=t-t0。当温度变化Δt时，电阻丝电阻的变化值为：ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt第32页，讲稿共104页，2023年5月2日，星期三2)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：ls=l0(1+βsΔt)lg=l0(1+βgΔt)第33页，讲稿共104页，202