第5章-电阻应变式传感器.ppt

应变片的粘贴 压阻式压力传感器 计算题： 1.? 一应变片的电阻 R = 120 Ω, k = 2.05 ,用作应变为 800 μm/m 的传感元件。 求 ΔR ； 若电源电压 U ＝ 3V ，求初始平衡时，电桥的输出电压 U 0 。 * 应变式传感器应用于铁路工程 * 应变式传感器应用于铁路工程 * 应变式传感器应用于制造业 * 应变式传感器应用于宇宙航空业 * 1. 何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 2. 什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 3.? 用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？ 4. 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？ 例： 有一个电阻为120Ω，K=2的应变片，粘贴在弹性极限为400MN/m2，弹性模量为200GN/m2的钢件上， 1）当应力等于弹性范围的1/10时； 2）如果应变片材料为康铜丝（α=20×10-6Ω/Ω ℃，膨胀系数为12×10-6m/m℃，钢膨胀系数为16×10-6m /m℃），温度变化20℃； 试分别计算此应变片的电阻变化 2. 在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为 120 Ω的金属应变片 R 1 和 R 2 ， R 3 = R 4. 把这两个应变片接入电桥如右图。若钢的泊松系数 μ＝ 0.285 ，应变片的灵敏系数 k ＝ 2 ，电桥电源电压 U ＝ 2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片 R 1 的电阻变化值 ΔR1 = 0.48Ω，试求电桥的输出电压电压 U 0 。 * * 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压U0的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。 测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变。 当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环境温度为t ℃的温度场中，调整电桥参数，使之达到平衡，有 U0 = A（R1R4-RBR3）= 0 三、 应变片的温度误差及补偿 * 工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电阻。当温度升高或降低Δt =t - t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等(ΔR1t=ΔRBt)，电桥仍处于平衡状态，即 U0=A［（R1+ΔR1t）R4 - (RB+ΔRBt)R3］=0 若此时，被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量，此时电桥输出电压为 : U0 = AR1R4Kε 由上式可知，电桥的输出电压U0仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。 三、 应变片的温度误差及补偿 P42 * 若实现完全补偿，上述分析过程必须满足四个条件： ① 在应变片工作过程中，保证R3 =R4； ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0； ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样; 两者线膨胀系数相同； ④ 两应变片应处于同一温度场。 三、 应变片的温度误差及补偿 * 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片来补偿的，称之为温度自补偿应变片。 由温度自补偿应变片的工作原理，要实现要实现温度自补偿，必须有: α0= -K0（βg-βs） 上式表明，当被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料，(即其电阻温度系数α0、灵敏系数K0和线膨胀系数βs)使上式成立，则不论温度如何变化，均有ΔRt/ R0=0，从而达到温度自补偿的目的。 (2) 应变片的自补偿法 * 5.3 电阻应变片的测量电路及补偿 由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来，就要把电阻相对变化ΔR/ R转换为电压或电流的变化。 因此，需要有专用于测量应变变化而引起电阻变化的测量电路，通常采用直流电桥和交流电桥。 * 一、 直流电桥 直流电桥 电桥如图所示，E为电源，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻， RL为负载电阻。 *