电阻应变式传感器课件

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1、电阻应变式传感器最新课件第三章第三章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器教学内容教学内容 本章阐述应变式传感器的工作原理；应变片的本章阐述应变式传感器的工作原理；应变片的种类；应变片的特性；应变片的温度误差及补偿；种类；应变片的特性；应变片的温度误差及补偿；应变片的测量电路；应变式传感器的应用。应变片的测量电路；应变式传感器的应用。教学重点教学重点 1.应变片的工作原理及基本特性；应变片的工作原理及基本特性；2.应变片的温度误差形成及补偿；应变片的温度误差形成及补偿；3.应变式传感器测量电路的结构形式及特点；应变式传感器测量电路的结构形式及特点；4.了解应变式传感器的基本应用。了解应变式传感器的

2、基本应用。作业：作业：2-1，2-5电阻应变式传感器最新课件 电阻应变式传感器是以电阻应变片电阻应变式传感器是以电阻应变片(简称简称应变片应变片)为转换元件的传感器。为转换元件的传感器。应变变化应变变化-电阻变化电阻变化电阻应变式传感器电阻应变式传感器?电阻应变式传感器最新课件应用应用:测量应变及其他物理量，如测量力、压力、测量应变及其他物理量，如测量力、压力、位移、力矩、重量、温度和加速度等物理量。位移、力矩、重量、温度和加速度等物理量。电阻应变式传感器特点电阻应变式传感器特点:结构简单、体积小、测量范围广、频率响应特性结构简单、体积小、测量范围广、频率响应特性好、适合动态和静态测量、使用寿

3、命长、性能稳定可好、适合动态和静态测量、使用寿命长、性能稳定可靠等特点，是目前应用最广泛的传感器之一靠等特点，是目前应用最广泛的传感器之一。电阻应变式传感器最新课件应变片类型应变片类型(根据材料不同)金属应变片金属应变片 应变效应应变效应 半导体应变片半导体应变片 压阻效应压阻效应3-1 金属应变片式传感器金属应变片式传感器 金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。可将试件上的应变变化转换成电阻变化。应用时将应变片用粘结剂牢固地粘贴在被测试件表应用时将应变片用粘结剂牢固地粘贴在被测试件表面上，当试件受力变形时，

4、应变片的敏感栅也随同变形，面上，当试件受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，引起应变片电阻值变化，通过测量电路将其转换为电压引起应变片电阻值变化，通过测量电路将其转换为电压或电流信号输出。或电流信号输出。电阻应变式传感器最新课件1.1.精度高，测量范围广；精度高，测量范围广；2.2.频率响应特性较好频率响应特性较好；3.3.结构简单、尺寸小、重量轻结构简单、尺寸小、重量轻；4.4.可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣环境条件下正常工作；核辐射和化学腐蚀等恶劣环境条件下正常工作；5.5.易于实现小型化、固态化易于实现小

5、型化、固态化；价格低廉、品种多样，便价格低廉、品种多样，便于选择。于选择。应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段，广泛地应用于工程测量和科学实验中，要的检测手段，广泛地应用于工程测量和科学实验中，主要是由于它具有以下几个特点：主要是由于它具有以下几个特点：电阻应变式传感器最新课件dFFLL+Ld-dll+dl2r2(r-dr)F电阻应变式传感器最新课件一、金属丝式应变片一、金属丝式应变片 变化上式，得变化上式，得SlRslRlnlnlnln等式两边微分，则得等式两边微分，则得SdSldldRdR（一）应变效应（一）应变效应设有一根长

6、度为设有一根长度为 、截面积为、截面积为S S、电阻率为的金属丝，其电阻、电阻率为的金属丝，其电阻R R为为l电阻应变式传感器最新课件为电阻率的相对变化为电阻率的相对变化d称为金属丝长度方向的应变或轴向应变称为金属丝长度方向的应变或轴向应变ldl为截面积的相对变化为截面积的相对变化 SdSSdSldldRdR上式三项分别为上式三项分别为:电阻应变式传感器最新课件为金属丝半径的相对变化，为金属丝半径的相对变化，rdr金属材料电阻率相对变化与其体积相对变化之间有下关系：金属材料电阻率相对变化与其体积相对变化之间有下关系：VdVcd2rS由由rdrdS2有有rdrSdS 2即即面积的相对变化变面积的

7、相对变化变为半径的相对变化为半径的相对变化LdLrdr为电阻丝材料的泊松比为电阻丝材料的泊松比电阻应变式传感器最新课件SdSldldRdRlSV2(12)dVdSdlVSl 由此得由此得)21(cVdVcdrdrSdS 2)21()21(cRdR(12)(12)cK电阻应变式传感器最新课件)21()21(cRdR(12)(12)cK(12)(12)KcK为金属材料的应变灵敏度系数为金属材料的应变灵敏度系数电阻率变为几何参数再联系应变和固有参数电阻率变为几何参数再联系应变和固有参数 电阻率变化电阻率变化 形形 变变电阻应变式传感器最新课件dRR)21(电阻的变化由两部分组成电阻的变化由两部分组成

8、:一是应变片受力后材料一是应变片受力后材料由形变引起由形变引起的变化，即的变化，即1+21+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，即发生的变化，即（/）/。对对金属材料金属材料：1+21+2(/)/)/对对半导体材料半导体材料：(/)/)/1+21+2 大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变电阻的相对变化与应变成正比，即化与应变成正比，即K K为常数。为常数。电阻应变式传感器最新课件引线引线-连接测量导线之用连接测量导线之用盖层盖层基底与面胶基底与面胶中间介质和绝缘作用中间介质和绝缘作用电阻丝电阻丝(敏感栅敏感栅)转换

9、元件转换元件电阻应变式传感器最新课件 下图为电阻应变片的典型结构图。它由敏感栅、基底、盖片、引下图为电阻应变片的典型结构图。它由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性线和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。基片基片覆盖层覆盖层金属丝金属丝引线引线（二）应变片的结构与材料（二）应变片的结构与材料电阻应变式传感器最新课件1.1.敏感栅敏感栅 它是应变片最重要的组成部分，由某种金属细丝绕成栅形。一般它是应变片最重要的组成部分，由某种金属细丝绕成栅形。

10、一般用于制造应变片的金属细丝直径为用于制造应变片的金属细丝直径为0.0150.0150.05mm0.05mm。电阻应变片的。电阻应变片的电阻值为电阻值为6060、120120、200200 等各种规格，以等各种规格，以120120 最为常用。敏感最为常用。敏感栅在纵轴方向的长度称为栅长。在与应变片轴线垂直的方向上，敏栅在纵轴方向的长度称为栅长。在与应变片轴线垂直的方向上，敏感栅外侧之间的距离称为栅宽。应变片栅长大小关系到所测应变的感栅外侧之间的距离称为栅宽。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小实际上是应变片栅长和栅宽所在面准确度，应变片测得的应变大小实际上是应变片栅长和栅

11、宽所在面积内的平均轴向应变量。栅长有积内的平均轴向应变量。栅长有1010、20mm20mm等规格，分别适应于不同等规格，分别适应于不同的用途。的用途。2.2.基底和盖片基底和盖片 基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。最早的基底持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。最早的基底和盖片多用专门的薄纸制成。基底厚度一般为和盖片多用专门的薄纸制成。基底厚度一般为0.020.020.04mm0.04mm，基底，基底的全长称为基底长的全长称为基底长,其宽度称为基底宽。其宽度称为基

12、底宽。电阻应变式传感器最新课件3.3.粘结剂粘结剂 用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时使用金属应变片时,也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上，以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的某个方向和位置上，以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺温和中温。常用有聚丙

13、烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐等。等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐等。4.引线引线它是从应变片的敏感栅中引出的金属线。常用直径约它是从应变片的敏感栅中引出的金属线。常用直径约0.80.15mm的镀锡铜线，或扁带形的其它金属材料制成。对引线材料的性能要的镀锡铜线，或扁带形的其它金属材料制成。对引线材料的性能要求为电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多求为电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。数敏感栅材料都可制作引线。电阻应变式传感器最新课件金属箔式应变片金

14、属箔式应变片 箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感原件不是金属丝栅，而是通过光刻技术、腐蚀等工序制成的薄金感原件不是金属丝栅，而是通过光刻技术、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片。属箔栅，故称箔式电阻应变片。金属箔的厚度一般为金属箔的厚度一般为0.0030.0030.010mm0.010mm，它的基片和盖片多为胶质膜，它的基片和盖片多为胶质膜，基片厚度一般为基片厚度一般为0.030.030.05mm0.05mm。电阻应变式传感器最新课件箔材表面积大，散热条件好，故允许通过较大电流，因而可以输箔材表面积大，

15、散热条件好，故允许通过较大电流，因而可以输出较大信号，提高了测量灵敏度。出较大信号，提高了测量灵敏度。金属箔式应变片和丝式应变片相比较，有如下特点金属箔式应变片和丝式应变片相比较，有如下特点箔栅的尺寸准确，均匀，且能制成任意形状，为制造小距应变片箔栅的尺寸准确，均匀，且能制成任意形状，为制造小距应变片提供了条件，从而扩大了应变片的使用范围。便于成批生产。提供了条件，从而扩大了应变片的使用范围。便于成批生产。金属箔栅很薄，因而它所感受的应力状态与试件表面的应力状态金属箔栅很薄，因而它所感受的应力状态与试件表面的应力状态更为接近。其次，当箔材和丝材具有同样的截面积时，箔材与粘接更为接近。其次，当箔

16、材和丝材具有同样的截面积时，箔材与粘接层的接触面积比丝材大，使它能更好地和试件共同工作。箔栅的端层的接触面积比丝材大，使它能更好地和试件共同工作。箔栅的端部较宽，横向效应较小，因而提高了应变测量的精度。部较宽，横向效应较小，因而提高了应变测量的精度。电阻应变式传感器最新课件半导体应变片半导体应变片K21电阻应变式传感器最新课件分析：当半导体应变片受轴向力作用时分析：当半导体应变片受轴向力作用时半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关力有关：E式中：式中：半导体材料的压阻系数半导体材料的压阻系数;半导体材料的所受应变力半导体材料的所受应变力;E半

17、导体材料的弹性模量半导体材料的弹性模量;半导体材料的应变。半导体材料的应变。电阻应变式传感器最新课件因此：因此：)21(ERR实验证明，实验证明，E比比1+2大上百倍，所以大上百倍，所以1+2可可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为：以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为：ERRK电阻应变式传感器最新课件 测量原理：测量原理：在外力作用下，被测对象产生微在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电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阻值变化量为R时，便可得到被测对象的应

18、变值，时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值根据应力与应变的关系，得到应力值为为：=E RRK电阻应变式传感器最新课件3.3 电阻应变片的特性电阻应变片的特性 应变片电阻值应变片电阻值.未受应变时初始电阻值未受应变时初始电阻值 灵敏度系数灵敏度系数.物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化.横向效应横向效应.最大工作电流最大工作电流.动态响应特性动态响应特性.电阻应变式传感器最新课件主要特性主要特性KRR/RRK或或 测量结果说明，应变片的灵敏系数测量结果说明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数恒小于线材的灵敏系数Km。究其原因，

19、除胶层究其原因，除胶层传递变形失真外传递变形失真外，横向效应横向效应也是一个不可忽视也是一个不可忽视的因素。的因素。1,灵敏度系数灵敏度系数金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏系数用灵敏系数K表示。当金属丝做成应变片后，其电阻应变特性，与表示。当金属丝做成应变片后，其电阻应变特性，与金属单丝情况不同。因此，须用实验方法对应变片的电阻金属单丝情况不同。因此，须用实验方法对应变片的电阻-应变应变 特特性重新测定。性重新测定。RR实验表明，金属应变片的电阻相对变化实验表明，金属应变片的电阻相对变化 与应变在很宽的范

20、围内与应变在很宽的范围内均为线性关系。即均为线性关系。即电阻应变式传感器最新课件 为了减小横向效应产生的测量误差，一般采用箔式应变片。为了减小横向效应产生的测量误差，一般采用箔式应变片。xy2.横向效应横向效应 定义：丝绕应变片沿轴向感受拉应变定义：丝绕应变片沿轴向感受拉应变 ，电阻，电阻值将增加，而在园弧段上，其电阻的变化与直线段不值将增加，而在园弧段上，其电阻的变化与直线段不一样，在垂直方向上一样，在垂直方向上=90产生负的压应变产生负的压应变 ，其，其电阻是减小的。灵敏系数比直的电阻丝降低，这种现电阻是减小的。灵敏系数比直的电阻丝降低，这种现象称为横向效应象称为横向效应.电阻应变式传感器

21、最新课件r愈小，愈小，l愈大，即敏感栅愈窄，基长愈长的应变片，其横愈大，即敏感栅愈窄，基长愈长的应变片，其横向效应引起的误差越小。向效应引起的误差越小。由于横向效应系数的作用，在测量纵向应变时，圆弧部由于横向效应系数的作用，在测量纵向应变时，圆弧部分产生了一个负值的电阻变化。从而降低了灵敏度系数，分产生了一个负值的电阻变化。从而降低了灵敏度系数，该现象称为应变片的横向效应。该现象称为应变片的横向效应。lbOrdld0rl1l电阻应变式传感器最新课件3.机械滞后机械滞后应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其指示应变与试件表面应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其指示应变与试件表面机械应变的比

22、值应当不变，即加载、卸载过程中的灵敏系数应一致，机械应变的比值应当不变，即加载、卸载过程中的灵敏系数应一致，否则就会带来灵敏系数的误差。然而实验表明，在增加或减少机械否则就会带来灵敏系数的误差。然而实验表明，在增加或减少机械应变的过程中，对同一机械应变应变的过程中，对同一机械应变，应变片的指示应变值不同，此，应变片的指示应变值不同，此差值即为机械滞后。差值即为机械滞后。1机械应变机械应变卸载卸载加载加载指指示示应应变变i电阻应变式传感器最新课件 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

23、之前应将应变愈大，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的实验误试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。差。产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感栅产生原因：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，敏感栅受电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。电阻应变式传感器最新课件4.零点漂移和蠕变零点漂移和蠕变对于粘贴好的应变片，当对于粘贴好的应变片，当温度恒定温度恒定时时,即使被测定试

24、件未承受应力，即使被测定试件未承受应力，应变片的指示应变也会随时间增加而逐渐变化。这一些变化就是应应变片的指示应变也会随时间增加而逐渐变化。这一些变化就是应变片指示应变的变片指示应变的零点漂移零点漂移。产生零点漂移的主要原因是敏感栅通以。产生零点漂移的主要原因是敏感栅通以工作电流后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不工作电流后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。充分等。当应变片承受恒定的机械应变时，应变片的指示应变却随时间而变当应变片承受恒定的机械应变时，应变片的指示应变却随时间而变化，这种特性称为化，这种特性称为蠕变蠕变。蠕变产生的原因是由于胶层之间发生。蠕变

25、产生的原因是由于胶层之间发生“滑滑动动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。电阻应变式传感器最新课件理想情况下，应变片电阻理想情况下，应变片电阻的相对应变片与所承受的的相对应变片与所承受的轴向应变成正比，即灵敏轴向应变成正比，即灵敏系数为常数，这种情况只系数为常数，这种情况只能在一定的应变范围内才能在一定的应变范围内才能保持，当试件表面的应能保持，当试件表面的应变超过一数值时，它们之变超过一数值时，它们之间的比例关系不再成立。间的比例关系不再成立。5.应变极限应变极限j真实应变真实应变g指示应变指示应变i100%190%电阻应变式传感器最新课件四、应变片的动态响

26、应特性四、应变片的动态响应特性变化频率较高的动态应变变化频率较高的动态应变 动态响应特性动态响应特性 机械应变机械应变 应变波形式传播应变波形式传播 应变波应变波粘合剂粘合剂 基基 底底相同于声波速度的应变波相同于声波速度的应变波 敏感栅敏感栅 电阻应变式传感器最新课件1、应变波的传播过程、应变波的传播过程a.应变波在试件材料中的传播应变波在试件材料中的传播电阻应变式传感器最新课件b.应变波在粘合剂和基底中的传播应变波在粘合剂和基底中的传播需要时间非常短，可忽略不计需要时间非常短，可忽略不计 sm1000s8105速度速度厚度厚度 0.05mm时间时间c.应变波在应变片敏感栅长度内的传播应变波

27、在应变片敏感栅长度内的传播 应变片反应出来的应变波形，是应变片丝栅长度应变片反应出来的应变波形，是应变片丝栅长度内所感受应变量的平均值。即只有当应变波通过应变内所感受应变量的平均值。即只有当应变波通过应变片全部长度后，应变片所反应的波形才能达到最大值。片全部长度后，应变片所反应的波形才能达到最大值。即有一定的延时，从而对动态测量产生影响。即有一定的延时，从而对动态测量产生影响。电阻应变式传感器最新课件2、应变片工作频率范围的估算、应变片工作频率范围的估算 影响频率特性的关键因数是应变片的基长。其可影响频率特性的关键因数是应变片的基长。其可测频率（截至频率）分析如下：测频率（截至频率）分析如下：

28、A、正弦应变波、正弦应变波应变片对正弦应变波的响应如图示应变片对正弦应变波的响应如图示L t电阻应变式传感器最新课件应变波幅的测量误差为应变波幅的测量误差为1sin00000llav测量误差与测量误差与应变波长与基长的相对比值应变波长与基长的相对比值 有关有关有以下关系存在有以下关系存在fv0nl0nlvf 应变片基长应变片基长mm 1 2 3 5 10 15 20 最高工作频率最高工作频率KHz25012583.3350 2516.6712.50/10 20l应变波长与基长相对比值应变波长与基长相对比值5000/,20vm s n电阻应变式传感器最新课件五、温度误差及其补偿五、温度误差及其补

29、偿1.温度误差温度误差用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度（包括被受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度（包括被测试件温度）影响很大。因环境温度改变而引起电阻变化的两测试件温度）影响很大。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：个主要因素：其一是应变片的电阻丝具有一定温度系数；其一是应变片的电阻丝具有一定温度系数；其二是电阻丝材料与测测试材料的线膨胀系数不同。其二是电阻丝材料与测测试材料的线膨胀系数不同。电阻应变式传感器最新课件由于测量现场环境温度的改变而给测量带来

30、的附加误差，称为由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。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：敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：Rt=R0(1+0t)电阻应变式传感器最新课件式中式中:Rt温度为温度为t时的电阻值；时的电阻值；R0温度为温度为t0时的电阻值；时的电阻值；0温度为温度为t0时金属丝的电阻温度系数；时金属丝的电阻温度系数；t温度变化值，温度变化值，t=t-t0 当温度变化当温度变化

31、t时，电阻丝电阻的变化值为：时，电阻丝电阻的变化值为：R=Rt-R0=R00t Rt=R0(1+0t)电阻应变式传感器最新课件 2 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变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。化不会产生附加变形。当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变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。化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。设电阻丝和试件在温度为设电阻丝和试件在温度为0时的长度均为时的

32、长度均为l0,它们的线它们的线膨胀系数分别为膨胀系数分别为s和和g，若两者不粘贴，则它们的长度分别，若两者不粘贴，则它们的长度分别为：为：ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt)电阻应变式传感器最新课件 当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形加变形l、附加应变、附加应变和附加电阻变化和附加电阻变化R分分别为：别为：tRKRKRtlltllllsgsgsgsg)()()(000000电阻应变式传感器最新课件由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 tKtKtRRRRRsgsgt)()(000000 结论结论：

33、因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化因环境温度变化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量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0,0,s）以及被测试件线膨胀系数）以及被测试件线膨胀系数g有关。有关。电阻应变式传感器最新课件2.2.温度补偿方法温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿线路补偿和和应变片自补偿应变片自补偿两大类。两大类。电桥补偿是最常用且效果较好的电阻片温度电桥补偿是最常用且效果较好的电阻片温度误差补偿方法。误差补偿方法。电阻应变式传感器最新课件R为工作应变片，为工作应变片，R为补偿

34、片。为补偿片。电桥输出电压与桥臂参数的关系为电桥输出电压与桥臂参数的关系为314231012341234()()abRRRR RRUUUUUURRRRRRRR电阻应变式传感器最新课件A A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知，当由上式可知，当R3、R4为常数时，为常数时，R1和和R2对输出电压的作用方向相反。利用这个基本对输出电压的作用方向相反。利用这个基本特性可实现对温度的补偿，补偿效果较好，特性可实现对温度的补偿，补偿效果较好，这是最常用的外偿方法之一。这是最常用的外偿方法之一。314231012341234()()abRRRR RRUUUUUUR

35、RRRRRRR1234()()UARRRR01423()UAR RR R电阻应变式传感器最新课件 测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，如图测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，如图中中R R1 1，称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块，称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，如图中上，如图中R R2 2，称为补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，称为补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。仅随温度发生变形。当被测试件不承受应变时，当被测试件不承受应变时，R R1 1和和R R2 2处于同一温度场，调整电桥参数

36、，处于同一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零。可使电桥输出电压为零。0)(3241RRRRAUo当温度升高或降低时，若当温度升高或降低时，若 ,即两个应变片的热输即两个应变片的热输出相等，由此可得输出电压出相等，由此可得输出电压U UO O为为ttRR21电阻应变式传感器最新课件0)()()()()(212121322411ttttttttoRRRARRRRRRRRARRRRRRARRRRRRAU电阻应变式传感器最新课件若此时有应变作用，只会引起电阻若此时有应变作用，只会引起电阻R R1 1发生变化，发生变化，R R2 2不承受应变，故不承受应变，故可得输出电压可得输出电压U UO O

37、为为KRARRRRRKRRRAUtto413224111)()(由上式可知，电桥输出电压只与应变有关，与温度无关。最后应由上式可知，电桥输出电压只与应变有关，与温度无关。最后应当指出，为达到完全补偿，需满足下列条件：当指出，为达到完全补偿，需满足下列条件：电阻应变式传感器最新课件R1和和R2的电阻温度系数的电阻温度系数、线膨胀系数、线膨胀系数，应变灵敏系数，应变灵敏系数K都都相同，两片的初始电阻值也要求相同。相同，两片的初始电阻值也要求相同。用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须一相同，即要求两者线膨胀系数相等。一相同，即要求两者线

38、膨胀系数相等。两应变片处于同一温度环境中两应变片处于同一温度环境中 电阻应变式传感器最新课件单丝自补偿应变片单丝自补偿应变片由附加应变式可以看出，若使应变片在温度变化时的热输出值为由附加应变式可以看出，若使应变片在温度变化时的热输出值为零，必须使零，必须使0)(0tKtKRRlstt)(lsK当被测材料确定以后，就可以选择合适的敏感栅材料满足上式，当被测材料确定以后，就可以选择合适的敏感栅材料满足上式，达到补偿的目的达到补偿的目的测试材料单一测试材料单一电阻应变式传感器最新课件这种温度自补偿应变计是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，这种温度自补偿应变计是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一

39、种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿。如图所示。在一定材料的试件上实现温度补偿。如图所示。双丝组合式自补偿应变计双丝组合式自补偿应变计焊点焊点RaRb这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两敏感栅，随这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两敏感栅，随温度变地而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即温度变地而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即tbtaRR)()(电阻应变式传感器最新课件CBADU0UiR1R2R3R4构件受弯曲构件受弯曲应力应力构件受单向应力构件受单向应力FR1(R

40、4)R2(R3)电阻应变式传感器最新课件不平衡电桥平衡电桥电桥 平衡电桥平衡电桥不平衡电桥不平衡电桥交流电桥直流电桥不平衡电桥电阻应变式传感器最新课件R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4全桥差动电桥半桥差动电桥单臂电桥不平衡电桥EKRREUEKRREUEKRREUUUU1101101102244全桥差动电桥半桥差动电桥单臂电桥电桥单臂电桥单臂电桥半桥差动电桥半桥差动电桥全桥差动电桥全桥差动电桥电阻应变式传感器最新课件交流电桥交流电桥43214444333322221111jjjjeZjXRZeZjXRZeZjXRZeZjX

41、RZ32413241ZZZZ复阻抗模平衡复阻抗模平衡复阻抗幅角平复阻抗幅角平衡衡电阻应变式传感器最新课件 交流电桥特性及平衡调节交流电桥特性及平衡调节R1R2R4R3ACR5DUoU(a)R1R2R4R3ACR5UoU(b)BBR6R1R2R4R3ACUoU(c)BC1C2C3C4R1R2R4R3ACCUoU(d)BRD电阻应变式传感器最新课件.5 应变式力传感器的应用应变式力传感器的应用、在轴向、在轴向，圆柱式力传感器，圆柱式力传感器如图为在能承受较大力如图为在能承受较大力的实心圆柱上，在圆柱的轴的实心圆柱上，在圆柱的轴向排列两个应变片，在其环向排列两个应变片，在其环向排列另外两个应变片。向

42、排列另外两个应变片。应变式力传感器采用四个相同的应变片，被测力变化时，其中两个应变式力传感器采用四个相同的应变片，被测力变化时，其中两个受拉伸应力，电阻增大，另外两个电阻则受压缩应力，电阻减小，受拉伸应力，电阻增大，另外两个电阻则受压缩应力，电阻减小，通过四臂电桥获得电信号输出，同时解决了灵敏度、线性性、温度通过四臂电桥获得电信号输出，同时解决了灵敏度、线性性、温度补偿。补偿。电阻应变式传感器最新课件(a)(a)实心圆柱实心圆柱(b)(b)空心圆柱空心圆柱电阻应变式传感器最新课件悬臂梁式测力传感器悬臂梁式测力传感器等截面梁等截面梁等强度梁等强度梁 自由端自由端 自由端自由端悬梁臂的特点是：结构

43、简单；有正、负应变区；灵敏度高；适合悬梁臂的特点是：结构简单；有正、负应变区；灵敏度高；适合于小负荷情况下使用。其结构又分为等截面式和等强度式。于小负荷情况下使用。其结构又分为等截面式和等强度式。电阻应变式传感器最新课件电阻应变式传感器最新课件206xxF lb hFEbhL2max6等截面梁等截面梁等强度梁等强度梁截面抗弯模数截面抗弯模数截面上的弯距截面上的弯距电阻应变式传感器最新课件电阻应变式传感器最新课件DdppEdDd)(2)2(应变式压力传感器应变式压力传感器 测量较大压力时，多采用筒式压力传感器。圆柱体内有一盲孔，测量较大压力时，多采用筒式压力传感器。圆柱体内有一盲孔，一端有法兰盘

44、与被测系统相连。一端有法兰盘与被测系统相连。环向应变环向应变如何用四个应变片构成电桥使输出最大如何用四个应变片构成电桥使输出最大ACBDU0UiR1R2R3R4电阻应变式传感器最新课件DdpR1R2R3R4ACBDU0UiR1R2R3R4kRRRR2211电阻应变式传感器最新课件应变式加速度传感器应变式加速度传感器电阻应变式传感器最新课件应变片电阻应变式传感器最新课件在被测加速度变化时，其中两个应变片感受拉伸应力，电阻增大；在被测加速度变化时，其中两个应变片感受拉伸应力，电阻增大；另外两个电阻感受压缩应力，电阻减小。通过四臂电桥转换成电压另外两个电阻感受压缩应力，电阻减小。通过四臂电桥转换成电

45、压的输出。的输出。maEbhxLFEbhxLxax22)(6)(6)(当质量块感受加速度当质量块感受加速度a而产生惯性力而产生惯性力 时，悬梁臂发生弯曲变形，时，悬梁臂发生弯曲变形，其轴向应变其轴向应变 为为)(xxaF应变式加速度传感器结构形式较多，但均可等效为下图的形式。应变式加速度传感器结构形式较多，但均可等效为下图的形式。电阻应变式传感器最新课件粘贴在两面上的应变片分别感受正（拉）应变和负（压）应变而使粘贴在两面上的应变片分别感受正（拉）应变和负（压）应变而使电阻增加和减少，电桥失去平衡而输出与加速度成比的电压。电阻增加和减少，电桥失去平衡而输出与加速度成比的电压。outURRUUin

46、outaKdxxLxxKEbhmaUdxxxxKRRaxxinxx2121)(6)(12212)2(6122xxLEbhKmUKinamSV2传感器的灵敏度（）传感器的灵敏度（）aK电阻应变式传感器最新课件即即将应变片在梁上的位置看成一个点，且位于梁的跟部将应变片在梁上的位置看成一个点，且位于梁的跟部，则描述，则描述传感器的灵敏度的公式可以简化为传感器的灵敏度的公式可以简化为212xxL通常有通常有26EbhLKmUKina上述为在悬梁臂上粘贴应变片的方法上述为在悬梁臂上粘贴应变片的方法电阻应变式传感器最新课件测量高频率的振动测量高频率的振动25 2000/m s非粘贴方式：直接由应变丝作敏感

47、电阻，质量块由应变丝支撑非粘贴方式：直接由应变丝作敏感电阻，质量块由应变丝支撑电阻应变式传感器最新课件应变式压力传感器应变式压力传感器22228)3)(1(3EHrRpr22228)(1(3EHrRp平膜片式压力传感器（周边固支）平膜片式压力传感器（周边固支）在压力在压力p作用下，平膜片半径的径向应变作用下，平膜片半径的径向应变 、切向应变、切向应变 的关的关系为系为r平膜片将两种压力不等的流体隔开，压力差使其产生一定的形变。平膜片将两种压力不等的流体隔开，压力差使其产生一定的形变。电阻应变式传感器最新课件电阻应变式传感器最新课件22228)3)(1(3EHrRpr22228)(1(3EHrR

48、p电阻应变式传感器最新课件1、如果将如果将 电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积面积 ，弹性模量，弹性模量 ，若有的，若有的拉拉 力引起应变电阻变化为力引起应变电阻变化为 。求该应变片的灵敏度系数？求该应变片的灵敏度系数？1001NF410524105.0mmS211102mmNE解：解：由由RKR3110025 10RRKzFEs 43114225 105 102 100.5 10zFNNEsmmmm 电阻应变式传感器最新课件 2、一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上下面各贴一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上下面各贴两片相同的电阻应变片（两片相同的电阻应变片（K=2）。已知）。已知L=100mm，b=11mm，t=3mm，弹性模量，弹性模量 。现将四个应变片接入现将四个应变片接入电桥电路中，电源电压为电桥电路中，电源电压为6V，当力，当力F=0.5kg 时，时，求电桥输出电压？求电桥输出电压？24102mmNE电阻应变式传感器最新课件332 1.5 103 10RKR 1144011224433()17.8RRRRUUmVRRRRRRRR3max261.5 10FlEbt=