传感器和数据采集..

应变片位置
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如果应变片材料与试件材料的性能完全一致，能补偿随温度引起的零件尺寸 变化。
如果应变片材料在整个温度范围内的电阻率热系数为零，则应变片能够温度 自补偿。
选择材料电阻率随温度变化小的应变片。常用的应变片材料是铜镍合金，广 泛使用的箔应变片主要适用于铝和钢试件。他们能够提供温度补偿，适应环 境温度的变化。
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应变测量技术
应变花-测量主应变的大小和方向
主应变： 剪应变：
主应变方向：
（ε1相对于X）
或：
1,2
( x
y) 2
( x y) 2
2 xy
2
2
xy
45
x
y
tan 2 xy
x
y
( x y ) ( x y )2 (2 45 x y )2
1, 2
高的激励电压会导致高的信噪比并增加功耗。特别是对于小尺寸敏感栅的应 变片。但过高的激励电压会因为敏感栅发热而引起信号飘逸。
一般高阻值的应变片用于：
要求较高的激励电压(应变仪激励电压); 测量较小的应变，获得高信噪比-电阻变化较大（比如：疲劳测试）； 试件材料的热传导低（散热差）。
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应变测量技术
应变片长度
应变片的指示值是整个应变片敏感栅长度 （L）内应变场的平均值。
当应变片用于不均匀的应力场时，平均应 变与应变片敏感栅的电阻变化成比例。
对不均匀分布应变场。应变片长度应当接 应 近于被测量不均匀应力区域长度的 1/10 。并如 变 图布置安装位置。
峰值应变 指示应变
应变片材料对于测量的影响
恒流桥用电流源作为桥路激励，主要用 于半导体应变片。
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V
恒压惠斯通电桥
恒流惠斯通电桥
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应变测量技术
桥路的输出和桥路平衡
恒压桥
输出： eA R4
eC
R3
R1 R4V
R2 R3V
e0 eA eC
R4 R 1 R
4
R
R3 2 R
3
V
桥路平衡： e 0 0
转向力/角传感器
踏板力传感器
车轮6分力传感器
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变速杆力传感器
测力垫片
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常用测量参数和传感器
加速度计 (应变单轴/3 轴应变/3轴ICP）
位移传感器 (角位移/线位移）
K 型热电偶
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常用测量参数和传感器
旋转部件测量-遥测装置
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常用测量参数和传感器
试件传感器-应变片技术应用
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常用测量参数和传感器
➢常用测量参数和传感器：
载荷力- 载荷传感器（单轴、多轴）； 运动测量：
加速度-加速度计 ； 位移-线/角位移传感器; 温度； 车辆/系统运行工况； 旋转件-遥测装置； 特殊测量 - 试件传感器（应变片…）。
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常用测量参数和传感器
3轴力传感器
R4
R3
R 1R 3 R 2R 4
R1 R4 R2 R3
恒流桥
输出：
I DAB ( R 1 R 4 ) I DCB ( R 2 R 3 ) I I DAB I DCB
e A R 1 I DAB
e C R 2 I DCB e 0 e A e C
R2 R3
I DAB
I
R 1 R 2 R 3 R 4
2
2
tan 2 2 45 x y x y
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应变测量技术
惠斯通电桥
应变片的电阻变化很小不易测量，一般 配置应变片构成惠斯通电桥 ，通过测量应变 片电阻变化引起的桥路电压输出并通过敏感 系数标定得到应变。
恒压桥的激励为电压源，适用于各种箔 型和丝型电阻应变片，广泛应用于各种应变 测量仪器和设备。
传感器和数据采集
测量传感器和数据采集
目的和用途 常用测量参数和传感器 应变测量技术 试件传感器开发 确定应变片布置
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目的和用途
➢目的和用途：
整车/系统/子系统试验室道路模拟试验的控制； 零部件台架试验载荷谱产生； 系统响应、部件疲劳寿命计算预测分析计算和数模
验证的输入： 根本原因分析； 疲劳耐久性试验开发验证。
恒压桥：e 0
I
R 1 R 1
k 1 k
2 R ( 1 k ) 1
恒流桥：e 0 E Ex
R
R1 R 1
R ( 1 k )
k
1 ( 1 k ) 2
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应变测量技术
名义电阻（R）和激励电压（V）：
P V2 R
P5 V , 350 0 . 071 W P10 V , 350 0 . 284 W
P5 V , 120 0 . 208 W P10 V , 120 0 . 832 W
相同激励电压，应变片功率与名义电阻成反比。相同的功率损耗，增加应 变片电阻（R）需要增加激励电压（V）。
基底长度 引出线
片长度 基底宽度
箔型应变片
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应变测量技术
应变片工作特性：
名义电阻：不安装、不受力、室温状态下的电阻。 灵敏系数（GF）：单向应力状态下，电阻相对变化与轴向应变的 比。 GF (R / R) 机械滞后：恒温下，同一应变在加、卸载状态应变指示值之差。 蠕变：恒定应变下，应变指示值随时间的下降。 绝缘电阻：引出线与测量结构之间的电阻。 应变极限：恒温下，应变片的指示应变与试件实际应变达到一定 误差（10%）时试件的应变。 横向效应系数：对同一个单向应变值，应变片轴向分别与此应变 垂直和平行安装时测量应变之比（%）。
R1 R4
I DCB R 1 R 2 R 3 R 4 I
桥路平衡：
I
e 0 R 1 R 2 R 3 R 4 ( R 1 R 3 R 2 R 4 )
e 0 0 R 1R 3 R 2R 4
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应变测量技术
桥路的线性度和灵敏度
在 ¼ 恒压和恒流桥路中， R1=R2= R，R3 = R4 = kR, R1 为工作片，即：R1 =R +ΔR1， k 是任意 常数，则桥路的输出分别为：
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应变测量技术
➢应变测量技术
应变片是一个电阻装置，用来量化部件受到的载荷或产生的应变。
应变片原理：
电阻丝沿长度方向受到载荷（P）作
用时，三个参数（L、ρ、 A）将发生
变化，结果电阻丝两端之间的电阻也会 变化。
应变片构造和类型：
片宽度
R :电阻 (ohms) L :长度 ρ:电阻率[(ohms*面积) / 长度)]