传感器课件第二章 应变式

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1、本章目录序：先认识各种应变式传感器本章主要内容2.1电阻应变片的基本原理与结构2.1.1金属材料的电阻应变效应2.1.2电阻应变片的结构与类型2.2电阻应变片的主要特性2.2.1电阻应变片的参数2.2.2应变片的动态响应特性2.3电阻应变片的温度效应及其补偿2.3.1温度效应及其热输出2.3.2热输出补偿办法2.4测量电路2.4.1直流电桥2.4.2交流电桥2.5电阻应变片式传感器应用本章主要内容掌握应变式传感器的工作原理掌握应变式传感器的测量电路，包括直流电桥、交流电桥等传感器的温度补偿方法会理论推导传感器的灵敏度了解应变式传感器的应用场合各种电子秤认识

2、应变式传感器高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平机械秤包装机吊秤2.1.1金属材料的应变电阻效应设长度为L,截面积为A,电阻率为ρ的导体,其电阻为:电阻的相对变化率（灵敏度）由两方面因素决定：1.由金属丝的几何尺寸的改变引起：2.由电阻率发生变化引起：单根金属丝的灵敏系数灵敏度1.应变片的结构利用导电丝材的应变电阻效应,制成测量试件表面应变的敏感元件。结构：金属丝式、箔式和半导体组成：敏感栅基底引线盖层粘结剂2.1.2电阻应变片的结构与类型2.1.2电阻应变片的结构与类型组成:(1)敏感栅:应变—电阻转换的敏感元件;(2)基底:保护敏感栅固定形状、尺寸位置;

3、(3)引线:敏感栅与测量电路之间的连接;(4)盖层:敏感栅上的保护层;(5)粘结剂:盖层和敏感栅固结于基底,在粘贴在试件表面的被测部位,传递应变。类型:按敏感栅可分为金属和半导体两大类;(1)金属材料:康铜;镍铬合金;铂等等(2)半导体材料:P型硅；N型硅等常用电阻应变片的型式（丝式）常用电阻应变片型式（金属箔式）体型半导体式常用电阻应变片的型式（续）应变片种类1.几何尺寸（有效工作面积）2.电阻值（120最常用）3.绝缘电阻（100）4.最大工作电流（静态测量25mA,动态75～100mA)5.相对灵敏系数k（标称灵敏系数）试件材料的泊松比为0.285的

4、钢试件单向受力应变片轴向与主应力方向一致注意：应变片的灵敏系数K并不等于其敏感栅应变丝灵敏系数K0，且K

5、应变片的参数蠕变和零漂蠕变：恒温恒载下，应变片的指示应变随时间单向变化的特性。零漂：对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，被测试件未受力，应变片的指示应变随时间变化的特性。2.2.1电阻应变片的静态特性8.应变极限在一定温度条件下，当指示应变大于真实应变的10所对应的值2.2.2应变片的动态响应特性1.应变波的传播过程E——试件材料的纵向弹性模量；——试件材料的密度；得应变波方程：平均应变为得相对误差2.对正弦应变波的响应根据给定的精度，可以确定合理的栅长或工作频限2.2.2应变片的动态响应特性2.对阶跃应变波的响应试件产生的阶跃机械应变波；应变波通过栅长的理

6、论响应特性实际响应特性2.2.2应变片的动态响应特性2.3电阻应变片的温度效应及其补偿2.3.1温度效应及其热输出温度效应:单纯由温度变化引起应变片电阻变化的现象。敏感栅材料的电阻温度系数；应变片灵敏系数试件和敏感栅材料的线膨胀系数相对热输出2.3.2热输出补偿办法1.桥路补偿法工作片R1粘贴在测量应变得地方，工作片R2粘贴在一块不受力的地方。2.应变片自补偿法温度自补偿条件3.热敏电阻补偿法2.3电阻应变片的温度效应及其补偿2.4测量电路（1）直流电桥电桥平衡时I0=0U0=0对臂积相等邻臂比相等2.4.1直流电桥工作原理设R1为应变片，应变时R1变化量

7、为ΔR1，这时电桥失衡，不平衡输出电压为：设桥臂比R1/R2=R3/R4=1/n,略去分母中的，有电压灵敏度为1.电桥电压电压越高，输出电压的灵敏度越高2.当n＝1时，k有最大值结论:2.4.1直流电桥工作原理电阻应变片测量电路单桥半桥全桥平衡2.4.1直流电桥工作原理非线性误差及消除全等四分之一电桥输出电压的精确值为：相对非线性误差为：展开幂级数得：对电阻式应变片电桥消除方法：差动电桥2.4.1直流电桥工作原理电桥平衡条件：交流电桥需满足对臂复数的模积相等，幅角之和相等。交流电桥输出：2.4.2交流电桥电容平衡电路电阻平衡电路2.4.2交流电桥2.5应变

8、式传感器的应用（1）电阻应变仪（2）桥梁固有频率测量电路2.5应变