第二讲 应变式传感器

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1、第二讲应变式传感器一、电阻应变片二、转换电路三、应变式传感器河南工业职业技术学院电气工程系第二讲应变式传感器应变式传感器是根据应变原理，通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行电量测量的装置。其基本构成如下框图所示。图2-2-1应变式传感器原理框图应变式传感器广泛应用于应变、荷重、压力和加速度等机械量的测量。一、电阻应变片1、应变效应与电阻应变片的工作原理导体在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值亦将随之发生变化，这种现象称为应变效应。对于半导体材料，在某一晶向受应力σ作用时，其电阻率将

2、产生较大变化，而几何尺寸变化很小，这种现象称为压阻效应。相应的，半导体应变电阻也常称为压阻元件。半导体材料压阻效应的表达式为μ为金属电阻丝的泊松比，对于金属电阻材料，k=2。式（2-2-1）式（2-2-2）2、电阻应变片的类型与结构1）类型：金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式半导体应变片：体型、薄膜型和扩散型2）结构金属电阻应变片的类型和结构如下图所示，它由敏感栅粘贴在基底上，上面覆盖保护层构成。基底有纸基和胶基两种。应变片的纵向尺寸为工作长度，反映被测应变，其横向应变将造成测量误差。图2-2-2金属电阻应变

3、片的类型和结构3、应变片主要技术指标参数名称电阻值/灵敏度电阻温度系数/（1/C）极限工作温度/C最大工作电流/mAPZ-120型PJ-120型BX-200型BA-120型BB-350型PBD-1K型PBD-120型1201202001203501000+10%120+10%1.92.11.92.11.92.21.92.21.92.2140+5%120+5%2010-62010-6———0.4%0.2%-1040-1040-3060-30200-3017060602020252

4、52515254、应变片主要技术指标（续）4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。2）电阻值：应变计的原始电阻值。3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。1）几何参数：表距和丝栅宽度b，制造厂常用b×表示。5、金属电阻应变片的材料对电阻丝材料应有如下要求：①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；④与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；⑤机械强

5、度高，具有优良的机械加工性能。6、应变片的使用（1）应变片的选择主要考虑尺寸、初始电阻、绝缘电阻及允许工作电流。（2）应变片粘贴应变片的粘合剂的种类很多，要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性，是否加温加压以及粘贴时间等多种因素合理选择粘合剂。应变片的粘贴工艺包括：1）试件的表面处理。清洁2）确定贴片位置。在试件应变最大的部位。3）粘贴。清洗试件表面和应变片的底面,涂敷粘合剂，将应变片贴在确定的位置处。贴片后，在应变片上盖上一张玻璃纸并加压，排出多余的胶水和气泡。4）固化。5）粘贴质量检查。6）引线的焊接与防护。

6、二、转换电路电阻式传感器可以用直流电桥或交流电桥作为转换电路。图2-2-3常用电桥电路a）单臂b）双臂c）全桥d)交流电桥1、直流电桥的输出电压在略去分母△R一次项和分子△R二次项并整理后，全桥的输出电压表示为：图2-2-4最简单的直流电桥电路式（2-2-3）(1)半桥单臂工作方式如图2-2-3a）所示，R1为变量，其余各臂为固定电阻，则输出电压变为(2)半桥双臂工作方式如图2-3b）所示，R1、R2均为变量，R3、R4为固定电阻，则输出电压变为2、直流电桥的工作方式式（2-2-5）式（2-2-4）可见相邻桥臂间为相

7、减关系，相对桥臂间为相加关系。因此构成差动电桥的条件为：相邻桥臂传感器应变方向应相反，相对桥臂传感器应变方向应相同。如果桥臂传感器应变量相等，则此电桥称为对称电桥。为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图2-2-3所示，在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，如图2-2-3b)所示。ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，为半桥双臂电桥，其输出电压为:(3)差动工作方式：半桥双臂:式（2-2-6）全对称电桥:式（2-2-7）1）差动电桥无非线性误差，而且电桥电

8、压灵敏度是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。2）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，同时仍具有温度补偿作用。3、直流电桥的温度补偿3）可以用热敏电阻进行温度补偿。调节RP，最终可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零