1、第3章 应变式传感器,基本描述利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器 主要用途测量力、力矩、压力、加速度、重量等 本章内容 工作原理 电阻应变片的特性 测量电路 应变式传感器的应用,应变式传感器的工作原理,应变效应导体或半导体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,求R的全微分,灵敏度系数,对于金属和半导体材料，上两项的不同 ？,又,电阻应变片的特性,种类及结构 弹性敏感元件及其基本特性 灵敏系数 横向效应 绝缘电阻和最大工作电流 应变片的动态响应特性 应变片的温度误差及补偿,种类及结构,种类：常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片两种。,弹性敏感元件及其基本特性,几个概
2、念变形、弹性变形、弹性元件 基本特性刚度、灵敏度 刚度弹性元件受外力作用下变形大小的量度。灵敏度单位力作用下弹性元件产生变形的大小。刚度的倒数。,灵敏系数,定义K=(R/R)/t为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化(R/R)与其单向应力引起的试件表面轴向应变(t)之比。 注：应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数，这是因为在单向应力产生应变时，应变片的灵敏系数除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外，尤其受到栅端圆弧部分横向效应的影响。,横向效应,5,结果：应变片的灵敏度比电阻丝的灵敏度要小 解决办法：多采用箔
3、式应变片,绝缘电阻和最大工作电流,绝缘电阻已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。绝缘电阻越大越好。 最大工作电流已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。工作电流大，敏感度高，但也会使应变片过热，应视材料选取不同的电流。,应变片的温度误差及补偿,应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 电阻温度系数的影响试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响设：电阻丝和试件温度0时的长度为L0，温度变化后的长度分别为：,电阻应变片的温度补偿方法,线路补偿法,初始状态 Uo=A（R1 R4- RB R3）=0,温度变化后 Uo=A（R1+R1t）R4-(R
4、B+RBt)R3=0,承受应变后 Uo=A（R1+R1t+R1）R4-(RB+RBt)R3=AR1R4= AR1R4K,R1=RB R3=R4,应变片的自补偿法,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0、灵敏系数K0和线膨胀系数s, 使式0/K0+(g-s)=0成立, 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。,电阻应变片的测量电路（直流电桥、交流电桥）,直流电桥 直流电桥平衡条件 电压灵敏度,灵敏度为：,关于电压灵敏度的几点说明： 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压, 供电电压越高, 电桥电压灵敏度越高, 但供电电压的提高受到
5、应变片允许功耗的限制, 所以要作适当选择; 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数, 恰当地选择桥臂比n的值, 保证电桥具有较高的电压灵敏度要使灵敏度最大,非线性误差及其补偿方法由于U与R/R是非线性关系，故测量中不可避免会存在非线性误差，为消除非线性误差，常采用以下两种电路： 半桥 全桥,半桥电路,若R1=R2, R1=R2, R3=R4, 则得,Uo与（R1/R1）呈线性关系, 差动电桥无非线性误差, 而且电桥电压灵敏度KU=E/2,比单臂工作时提高一倍, 同时还具有温度补偿作用。,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, 该电桥输出电压为,全桥电路,若R1=R2=R3=R4, 且R1=R2=R3=R4, 则,此时全桥差动电路不仅没有非线性误差, 而且电压灵敏度是单片的 4 倍, 同时仍具有温度补偿作用。,在试件上安装四个工作应变片, 两个受拉应变, 两个受压应变,将两个应变符号相同的接入相对桥臂上, 构成全桥差动电路,交流电桥,11,供桥电压：交流 优 点：消除零漂,平衡条件：,当应力变化引起 Z1= Z0+Z，Z2=Z0-Z变化时电桥输出为,应变式传感器的应用（1）,13,应变式传感器的应用（2）,15,
