传感器第三章

1、安农大经济技术学院安农大经济技术学院 23/25/2022安农大经济技术学院安农大经济技术学院 33/25/2022 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器变化的传感器。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。 当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。量等参数应用最广泛的传感器。

2、 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 43/25/2022主要内容主要内容 3.1 工作原理工作原理3.2 电阻应变片种类、材料及粘贴电阻应变片种类、材料及粘贴3.3 电阻应变片特性电阻应变片特性3.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路3.5 应变式传感器的典型应用应变式传感器的典型应用 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 53/25/20223.1工作原理工作原理 应变应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件弹性元件 具有弹性应变特性的物体安农大经济技术学院安农大经济技术学院 63/25/2022

3、应变传感器在承重梁上应变传感器在承重梁上安农大经济技术学院安农大经济技术学院 73/25/2022应变效应分析应变效应分析 电阻应变片的电阻应变片的工作原理工作原理是基于是基于应变效应应变效应应变效应：应变效应：即即导体导体或或半导体半导体材料在外界力的作材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为这种现象称为“应变效应应变效应”。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 83/25/2022一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： 图3-1 金属电阻丝应变效应 FlrrlFAlR安农大经济技术学院安农大经济技术学院 93

4、/25/2022金属丝伸长后几何尺寸金属丝伸长后几何尺寸安农大经济技术学院安农大经济技术学院 103/25/2022 当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长l，横截面积相应减小A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了，从而引起电阻值变化量为 dAdAldlRdR式中：dl/l长度相对变化量，用应变应变表示为 ldl2lldRddldAAAA电阻相对变化量：安农大经济技术学院安农大经济技术学院 113/25/2022 dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2r dr，则 rdrAdA2安农大经济技术学院安农大经济技术学院 123/25/2022材料力学材料力

5、学：。n轴向应变和径向应变的关系可表示为轴向应变和径向应变的关系可表示为 ldlrdr为电阻丝材料的， 负号表示应变方向相反。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 133/25/2022推得： 定义：电阻丝电阻丝的的灵敏系数灵敏系数（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为 dRdRK210dRdR)21 (安农大经济技术学院安农大经济技术学院 143/25/2022灵敏系数灵敏系数K0受两个因素影响受两个因素影响 一是应变片受力后材料一是应变片受力后材料几何尺寸几何尺寸的变化，的变化， 即即1+2 二是应变片受力后材料的二是应变片受力后材料的电阻率电阻率发生的变化，发生的变化

6、， 即即（d/）/。 对对金属材料：金属材料：1+2(d/)/ 对半导体材料：对半导体材料：(d/)/1+2很难用解析很难用解析式描述式描述安农大经济技术学院安农大经济技术学院 153/25/2022 大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即对变化与应变成正比，即K0为常数。为常数。 对康铜材料，K1.92.1； 对镍铬合金材料， K2.12.3； 对铂材料， K35。金属应变片金属应变片安农大经济技术学院安农大经济技术学院 163/25/2022 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工作原理是基于半导体材料的压阻效应压阻效应

7、。所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时, 其电阻率发生变化的现象。 半导体应变片受轴向力作用时, 其电阻相对变化为dRdR)21 (半导体应变片半导体应变片安农大经济技术学院安农大经济技术学院 173/25/2022半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：Ed式中： 半导体材料的压阻系数; 半导体材料的所受应变力; E半导体材料的弹性模量; 半导体材料的应变。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 183/25/2022因此：)21 (ERdR实验证明，E比1+2大上百倍，所以1+2可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为 ERdRK安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1

8、93/25/2022 半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高5080倍， 但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重， 使它的应用范围受到一定的限制。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 203/25/2022应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？ 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 213/25/2022 应变片测量原理应变片测量原理：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R时，便可得到被测对象的应变值，

9、根据应力与应变的关系，得到应力值为 =E dRRK安农大经济技术学院安农大经济技术学院 223/25/2022由此可知, 应力值正比于应变, 而试件应变正比于电阻值的变化, 所以应力正比于电阻值的变化, 这就是利用应变片这就是利用应变片测量应变的测量应变的。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 233/25/20223.2 电阻应变片种类、材料及粘贴电阻应变片种类、材料及粘贴n电阻应变片的种类电阻应变片的种类电阻应变片品种繁多, 形式多样。 常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片金属电阻应变片和半导体电阻半导体电阻应变片应变片。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 243/25/2022

10、n金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成, 如图所示。金属应变片金属应变片引线覆盖层基片电阻丝式敏感栅lb安农大经济技术学院安农大经济技术学院 253/25/2022应变片的基本结构应变片的基本结构安农大经济技术学院安农大经济技术学院 263/25/2022n根据敏感栅的形状，金属电阻应变片分为丝式、 箔式和薄膜式三种，其中前两种均需用粘结剂安装在被测试件上，属于应变片。金属应变片金属应变片安农大经济技术学院安农大经济技术学院 273/25/2022n目前箔式应变片应用较多。金属丝式应变片使用最早。金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应

11、变、应力的大批量、一次性试验。当传感器的弹性体很薄、尺寸很当传感器的弹性体很薄、尺寸很小时，小时，采用箔式应变片会由于基底材料和粘结剂的存在而对传感器特性产生不利影响，可采用薄膜式应变片。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 283/25/2022图3-2 丝式金属电阻应变片的结构 引线覆盖层基片电阻丝式敏感栅lb金属丝式应变片金属丝式应变片 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 293/25/2022n 敏感栅是应变片的核心部分,它是应变片中将应变量转换成电阻变化量的电阻体，由线径为0.0120.05mm的金属电阻丝绕成，它粘贴在绝缘的基片上, 通过引线与测量电路相连，表面有一层起保护作用的

12、覆盖层。金属丝式应变片金属丝式应变片 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 303/25/2022金属箔式应变片金属箔式应变片 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 313/25/2022各式箔式应变花各式箔式应变花安农大经济技术学院安农大经济技术学院 323/25/2022箔式应变片的基本结构箔式应变片的基本结构安农大经济技术学院安农大经济技术学院 333/25/2022n 箔式应变片的敏感栅采用光刻技术刻成的一种很薄的金属箔栅。根据不同的测量要求，制成不同形状尺寸的敏感栅。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 343/25/2022优点优点（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求， （

13、2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅 （3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。 散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。（4）横向效应横向效应可以忽略。（5）蠕变蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 353/25/2022金属薄膜应变片金属薄膜应变片 n 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1m以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层。 n 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 363/25/2022金属电阻应变片构成材料金属电阻应变片构成材料 作用：将应变量转换成电阻量

14、要求：灵敏系数大且稳定，电阻率高，电阻温度系数小，易加工成细丝和箔材，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。 材料：铜镍合金、镍铬合金等安农大经济技术学院安农大经济技术学院 373/25/2022金属电阻应变片构成材料金属电阻应变片构成材料 作用：保持敏感栅、引线的几何形状及其相对位置，并使敏感栅与弹性体之间具有足够高的电绝缘性能；将被测构件上的应变不失真地传递到敏感栅上。 要求：具有良好的机械特性和电绝缘性能。 材料：纸或有机高分子材料，如环氧树脂等。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 383/25/2022金属电阻应变片构成材料金属电阻应变片构成材料 作用：保护敏感栅免受机械损伤和空气污染 要

15、求：具有良好的机械特性。 材料：纸或有机高分子材料等安农大经济技术学院安农大经济技术学院 393/25/2022金属电阻应变片构成材料金属电阻应变片构成材料 作用：连接敏感栅和测量电路 要求：灵敏系数大且稳定，电阻率高，电阻温度系数小，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。 材料：紫铜，表面镀锡或镀银，便于焊接。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 403/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 栅长 栅宽 基底长 基底宽引线覆盖层基片电阻丝式敏感栅lb安农大经济技术学院安农大经济技术学院 413/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 没有安

16、装也不受外力情况下，于室温时测定的电阻值； 电阻值大，可承受的电压值大，但提高电阻值会使敏感栅尺寸变大； 常见值：60、120、200、350、500、1000（），其中120和350 最常见。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 423/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 敏感栅与基底之间的电阻值 一般大于1010安农大经济技术学院安农大经济技术学院 433/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数标称灵敏系数，小于同种材料金属丝的灵敏系数。 原因是应变片的横向效应和粘贴胶带来的应变传递失真。 通常为2左右 RdRK 应变片的灵敏系数

17、通过抽样法测定，将电阻应变片粘贴在一维应力作用下的试件上，试件材料规定为泊松比为0.285的钢安农大经济技术学院安农大经济技术学院 443/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 同一单向应变作用下，应变片的横向灵敏度与纵向灵敏度之比 指在一定的温度下，指示应变值与真实应变的相对差值不超过规定值（一般为10）时的最大真实应变值安农大经济技术学院安农大经济技术学院 453/25/2022j真实应变真实应变 g g指示应变指示应变 i i100%190%安农大经济技术学院安农大经济技术学院 463/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 应变

18、片不因电流产生的热量而影响测量精度所允许通过的最大电流。 静态测量时，最大工作电流为25mA；在动态测量时，可达75100mA。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 473/25/2022金属电阻应变片主要特性参数金属电阻应变片主要特性参数 应变片在规定条件下，能保持其工作特性不变或在允许范围内变化的最高工作温度或最低工作温度。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 483/25/2022应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为载特性不重合，即为。 1 1机械应变机械应变 R R卸载卸载加载加载指指示示应应变变 i

19、 i安农大经济技术学院安农大经济技术学院 493/25/2022 机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。的实验误差。 产生原因产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感：应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅

20、受到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 503/25/2022对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的。产生的原因产生的原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 513/25/2022如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其如

21、果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为电阻值随时间增加而变化的特性称为。一般蠕变的方。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。向与原应变量的方向相反。产生的原因：产生的原因：由于胶层之间发生由于胶层之间发生“滑动滑动”，使力传到敏，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。感栅的应变量逐渐减少。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 523/25/2022电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术 1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.3.试件表面

22、处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 533/25/20225.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 543/25/2022 1. 去污去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。应变

23、片的粘贴应变片的粘贴安农大经济技术学院安农大经济技术学院 553/25/2022 2.贴片贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡 。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 563/25/2022 3.测量测量 ：从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 573/25/2022 4 . 焊 接焊 接 ： 将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 583/25/2022 5.固定固

24、定： 焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 593/25/2022应变传感器在承重梁上应变传感器在承重梁上安农大经济技术学院安农大经济技术学院 603/25/20223.3 电阻应变片特性电阻应变片特性安农大经济技术学院安农大经济技术学院 613/25/2022n横向效应横向效应金属丝式应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测金属丝式应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变量应变时，构件的轴向应变使敏感栅电阻发生变化，而使敏感栅电阻发生变化，而其横向应变其横向应变r r也使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化

25、。也使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化。 bOlrdld0r应变片的这种既受轴向应应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象响而引起电阻变化的现象称为称为。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 623/25/2022n横向效应横向效应 当将图 3 - 3 所示的应变片粘贴在被测试件上时, 由于其敏感栅是由n条长度为l1的直线段和（n-1）个半径为r的半圆组成, 在电阻丝的弯段，电阻的变化率与直段明显不同。若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变x时, 假设x为正，则横向的应变y为负。这样应变片的灵敏系数要比直线段材的电阻丝的灵敏系数小。这就是所谓的“”

26、。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 633/25/2022 若敏感栅有若敏感栅有n n根纵栅，每根长为根纵栅，每根长为l l，半径为，半径为r r，在，在轴向应变轴向应变作用下，全部纵栅的变形视为作用下，全部纵栅的变形视为L L1 1L L1 1= = n ln l安农大经济技术学院安农大经济技术学院 643/25/20222cos2121rrrrrrddll200 半圆弧横栅同时受到半圆弧横栅同时受到和和r r的作用，在任一微小的作用，在任一微小段长度段长度d d l l = = r r d d上的应变上的应变可由材料力学公式求可由材料力学公式求得得 每个圆弧形横栅的变形量每个圆弧形横栅

27、的变形量l l为为安农大经济技术学院安农大经济技术学院 653/25/2022纵栅为纵栅为n n根的应变片共有根的应变片共有n n-1-1个半圆弧横栅，全部横个半圆弧横栅，全部横栅的变形量为栅的变形量为rrnL212应变片敏感栅的总变形为应变片敏感栅的总变形为rrnrnnlLLL2121221安农大经济技术学院安农大经济技术学院 663/25/2022敏感栅栅丝的总长为敏感栅栅丝的总长为L L，敏感栅的灵敏系数为，敏感栅的灵敏系数为K KS S，则电阻，则电阻相对变化为相对变化为rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2安农大经济技术学院安农大经济技术学院 673/25/20

28、22SxKLrnnlK2) 1(2SyKLrnK2) 1( ryxKKRR可见，敏感栅电阻的相对变化分别是可见，敏感栅电阻的相对变化分别是和和r r作用的结果。作用的结果。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 683/25/2022当当r r=0=0时，可得时，可得RRKxryRRK当当=0=0时，可得时，可得：安农大经济技术学院安农大经济技术学院 693/25/2022rnnlrnKKHxy121横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向效应横向效应系数系数H H。即：。即：可见，可见，r r愈小、愈小、l l愈大，则愈大，则H H愈小。即敏感栅越窄、基

29、长越长愈小。即敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小。的应变片，其横向效应引起的误差越小。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 703/25/2022 1. 应变片的温度误差应变片的温度误差 把应变片安装在一个可以自由膨胀的试件上时，使试件不受任何外力的作用，如果环境温度发生变化，则应变片的电阻也随之发生变化。 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。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 713/25/2022n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：

30、Rt=R0(1+t) 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 723/25/2022式中: Rt温度为t时的电阻值； R0温度为t0时的电阻值； 金属丝的电阻温度系数； t温度变化值，t=t-t0。 当温度变化t时，电阻丝电阻的变化值为： R=Rt-R0=R0t Rt=R0(1+t) 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 733/25/2022 2) 试件材料和电阻丝材料的试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数线膨胀系数的影响的影响n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。 n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。

31、安农大经济技术学院安农大经济技术学院 743/25/2022 设电阻丝和试件（构件）的初始长度均为l0, 它们的线膨胀系数分别为s和g，若两者不粘贴，则它们的长度分别为 ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt) 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 753/25/2022 当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形l、附加应变和附加电阻变化R分别为 tRKRKRtlltllllsgsgsgsg)()()(000000安农大经济技术学院安农大经济技术学院 763/25/2022由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 tKtKtRRRRRsgsgt)()(0000 结论结论：因环境温度变化

32、而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0, , s）以及被测试件线膨胀系数g有关。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 773/25/2022 2. 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿线路补偿和应变片应变片自补偿自补偿、热敏电阻补偿热敏电阻补偿三大类。 1) 线路补偿法线路补偿法 电桥补偿电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 783/25/2022电桥补偿法电桥补偿法 U0R1R4R3URbFFR1RbR1 +RRb -RU0R1RR4R3URbR测量构件的

33、弯测量构件的弯曲应变时，补曲应变时，补偿片贴在被测偿片贴在被测试件上试件上安农大经济技术学院安农大经济技术学院 793/25/2022图3-8 电桥补偿法R1R3RBR4UoR1RB(a)(b)R1工作应变片；RB补偿应变片FFU安农大经济技术学院安农大经济技术学院 803/25/2022电路分析电路分析由上式可知， 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压Uo的作用方向相反。 利用这一基本关系可实现对温度的补偿。314310134134()()BabBBRR RR RRUUUUUURRRRRRRR0143()BUAR RR R134()()BUARRRR安农大经济技术学院安农大经济技术

34、学院 813/25/2022 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粘贴在与被测试件相同的材料上，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，此时有 0)(341RRRRAUBo工程上，一般按 选取桥臂电阻。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 823/25/2022当温度升高或降低t=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即 0oU安农大经济技术学院安农大经济技术学院 833/25/2022n完全补偿条件：完全补偿条件： 在应变片工作过程中，保证R3=R4

35、。 R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0 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。 两应变片应处于同一温度场。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 843/25/2022 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片 2) 应变片的自补偿法应变片的自补偿法安农大经济技术学院安农大经济

36、技术学院 853/25/2022a. 选择式自补偿应变片选择式自补偿应变片利用自身具有温度补偿作用的应变片来补偿的。要实现温度自补偿，必须有 )(0sgK 上式表明，当被测试件的线膨胀系数g已知时，如果合理选择敏感栅材料，即其电阻温度系数、灵敏系数K0以及线膨胀系数s，满足上式，则不论温度如何变化，均有Rt/R0=0，从而达到温度自补偿的目的。 tKtKtRRRRRsgsgt)()(0000安农大经济技术学院安农大经济技术学院 863/25/2022? 应变片的选择式自补偿法的最大缺陷是什么应变片的选择式自补偿法的最大缺陷是什么一种确定的应变片只能用于一种确定材料的试件上。一种确定的应变片只能

37、用于一种确定材料的试件上。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 873/25/2022R1R2组合自补偿法b. 双金属敏感栅自补偿应变片双金属敏感栅自补偿应变片敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成 选用两者具有不同符号的电阻温度系数调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足 t2t1)()(RR通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿)()(/111222112221ggttKKRRRRRR安农大经济技术学院安农大经济技术学院 883/25/20223）热敏电阻补偿）热敏电阻补偿 T U0RtUiR1RR4R3U0R2RtR5 分流电阻分流电阻 UURt U = Ui

38、 - URtU0-+-+-安农大经济技术学院安农大经济技术学院 893/25/2022R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4? 采用半桥差动和全桥差动能补偿温度误差么？采用半桥差动和全桥差动能补偿温度误差么？安农大经济技术学院安农大经济技术学院 903/25/20223.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 3.4.1 直流电桥直流电桥 1. 直流电桥平衡条件直流电桥平衡条件433211RRRRRREUo图3-9 直流电桥 当RL时，电桥输出电压为 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 913/25/2022当电桥平

39、衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3或 4321RRRRp电桥平衡条件电桥平衡条件：欲使电桥平衡，欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相其相邻两臂电阻的比值应相等，等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。或相对两臂电阻的乘积应相等。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 923/25/2022 2. 电压灵敏度电压灵敏度 应变片工作时：电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 933/25/2022当受应变时：若应变片电阻变化为R，其它桥臂固定不变，电桥输出电压

40、Uo0，则电桥不平衡，输出电压为 341211113443211414332111111)(RRRRRRRRRRERRRRRRRERRRRRRRREUo单臂受感全桥电路，R1为受感应变片，其余R2、R3、R4为常值电阻安农大经济技术学院安农大经济技术学院 943/25/2022 设桥臂比桥臂比n=R2/R1，由于R15的小曲率圆环：A、B两点的应变。 EbhFREbhFRBA2291. 109. 1这样， 测出A、 B处的应变， 即可得到载荷F。 0()()0URRUfKf FRRRUFR 测量安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1263/25/2022BK-2S称重传感器称重传感器产品详细

41、介绍产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉、压输出对称性好、 测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 38020 输出阻抗 35010 绝缘电阻 2000M 工作温度 -10+50 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1273/25/2022BK4轮辐式测力传感器系列轮辐式测力传感器系列 采用轮辐式结构，高度低，抗偏采用轮辐式结构，高度低，抗偏抗侧能力强，测量精度高，性能稳定抗侧能力强，测量精度高，性能稳定可靠安装方便，是大、中量程精度传可靠安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种

42、电感器中的最佳形式，广泛用于各种电子衡器和各种力值测量，如汽车衡、子衡器和各种力值测量，如汽车衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤轨道衡、吊勾秤、料斗秤技术参数 量程（t） 1，2，5，10，20，30，50 供桥电压 12VDC 灵敏度 152mV/V 输入阻抗 73020 非线性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 输出阻抗 70010 重复性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 绝缘电阻 2000M 滞后（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 工作温度 -10+50 允许过负荷 120%FS 热零点偏移（%FS/10） 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1283/25/2022

43、n主要用来测量流动介质的动态或静态压力n应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。 2. 应变式压力传感器应变式压力传感器 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1293/25/2022trR4R3R1R2 UU0膜片R1R2 R3R4膜片式压力传感器膜片式压力传感器 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1303/25/2022在压力p作用下，膜片产生径向应变r和切向应变t，表达式分别为 EhxRpEhxRptr222222228)(1 (38)3)(1 (3安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1313/25/2022图3-15 膜片式压力传感器（a） 应变变化图; （b） 应变片粘贴

44、 trxhRpR2R1R4R3rt(a)(b)安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1323/25/2022应变变化曲线的特点：当x=0时，rmax=tmax；当x=R时，t=0， r=2rmax。 特点的应用：一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片，然后接成全桥测量电路。 避开位置。3/Rx 0r3/Rx 怎么得到的？自怎么得到的？自己推导一下。己推导一下。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1333/25/2022筒式压力传感器筒式压力传感器 机床液压系统的压力（106107Pa），枪炮的膛内压力（108Pa），动态特性和灵敏度主要由材料

45、的E值和尺寸决定 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1343/25/2022组合式压力传感器组合式压力传感器应变片不直接粘贴在压力感受元件上压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等 通常用于测量小压力。其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1353/25/2022AK-1型应变式脉动压力传感器型应变式脉动压力传感器产品特点： 采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构 尺寸小，安装方便 频响高，精度高，性能稳定可靠 适用于各种动，静态、气、液体介质的压力测量安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1363/25/20223. 容器内液体重量（液位）传感器容器内

46、液体重量（液位）传感器微 压 传 感 器电 阻 应 变敏 感 元 件传 压 杆感 压 膜hRLU1R2R4R0R1R3RtUoLRU22R1R4R0RtR3R安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1373/25/2022感压膜感受上面液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为 Uo=U1U2=(K1K2)hg 式中, K1，K2为传感器传输系数。AQgh120()KK QUA 结论结论：电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1383/25/20224. 应变式加速度传感器应变式加速度传感器用于物体加速度的测量。依据：依据：a=F/m。 32141等 强 度 梁 ；2质 量 块 ；3壳 体 ；4电 阻 应 变 敏 感 元 体图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图 安农大经济技术学院安农大经济技术学院 1393/25/2022 测量原理测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以