31电阻应变片式传感器及应用.ppt
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1、3.1电阻应变片式传感器及应用,电阻应变测量原理,是以电阻应变片作为传感元件,将其牢固地粘贴在构件的测点上,构件受力后由于测点发生应变,应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化,再由专用仪器测得应变片的电阻变化大小,并转换为测点的应变值。,导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象, 称为电阻应变效应,金属应变片有:丝式和箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小.,应变效应:,1、分类,应变片的材料选择: 1、K应尽量的大,并在应变范围内保持常数。 2、电阻率要大,使得应变片栅状总长减小 3、电阻温度系数要小,使得应变片受发热影响小。 4、优良加工焊接性能,使应变片拉压自如,主要特性参
2、数:,1、灵敏系数: 表示单位应变的电阻相对变化率。,3、初始电阻:自由状态下的应变片阻值,一般有:60,90,120,200,300,500,1000 4、允许电流:流过应变片的阻值应小于25mA 5、其他常数:如:横向效应,零漂,机械滞后,6、最高使用温度,所以温度变化会对应变片的测量带来误差。 解决的办法就是在测量电路中加入温度补偿环节。,二、测量电路,应变片可以把应变转换为电阻的变化,为了显示和记录应变大小,还需要把电阻变化再转换为电压或电流的变化。,由于应变信号一般都很微弱,故采用电桥来测量,1、直流电桥不平衡输出,测量前应使电桥平衡,使Uo=0,即:,桥式电路中,四个电阻的任何一个
3、都可以是应变片电阻,特点:相邻相减,相对相加,例题1:,R1,R2,R3,R4,例题2:如图所示,测量一个悬臂梁受力情况,若测量电路已经确定 试摆放4个应变片的位置,R1,R2,R3,R4,2、应变片电桥的一般组成,1)单臂工作:,以上说明:单臂工作时,输出电压与应变片电阻变化率之间是近似的线性关系,实际上是非线性关系。这会带来非线性误差。,若将输出电压的式子用泰勒级数展开,2)双臂工作(差动半桥),通过上式,说明双臂工作时,如果差动双臂应变大小一致(极性相反),则不存在(或很小的)非线性误差,并可起到温度补偿作用。,3)三臂工作(同理) 4)四臂工作(同理),3、其他问题,1)电桥的平衡点的
4、调整,自由状态下进行,串联,并联,2)温度补偿:采用半桥或全桥,3)应变自补偿,四、半导体应变片 金属电阻应变片的缺点是灵敏系数低(k一般为2.03.6),半导体应变片k比金属电阻高约50倍。 1、工作原理:(压阻效应),对半导体来说:当某一轴向施加一定应力,电阻率发生变化称为压阻效应,不同类半导体,不同加力方向,压阻效应不一样。,半导体应变片灵敏度高,K100可不用放大器, 但半导体应变片有明显缺点:阻值,灵敏度等随温度变化大,非线性大,所以使用时应采取温度补偿和非线性补偿措施。,案例:桥梁固有频率测量,原理 在桥中设置一三角形障碍物,利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励,再通过应变片测量桥梁动
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