电阻应变片例题与练习题
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电阻应变片传感器例题与习题例题:
例2-3 采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为4V ,并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时,试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压,并比较三种情况下的灵敏度。
解:单臂时40U
K U ε=,所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ,应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ;双臂时2
0U
K U ε=,所以应变为1时
6
6
01042
10242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ,应变为1000时应为
33
010*******--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ;全桥时U K U ε=0,所以应变为1时
60108-⨯=U /V ,应变为1000时应为30108-⨯=U /V 。从上面的计算可知:单臂时灵敏
度最低,双臂时为其两倍,全桥时最高,为单臂的四倍。
例2-4 采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为10V 。当应变片应变为1000时,若要使输出电压大于10mV ,则可采用何种工作方式(设输出阻抗为无穷大)?
解:由于不知是何种工作方式,可设为n ,故可得:
得n 要小于2,故应采用全桥工作方式。 例
2-5
解:(1)沿纵向粘贴时: 由112
10t
E
0.49E
210N /m σ
σεεμε=⋅⇒=
=
=⨯,
6R
R
R K K 20.490.9810R
εε-∆∆=⇒=⋅=⨯=⨯
(2)沿圆周向粘贴时:
66R
0.30.49100.14710R
με--∆=-=-⨯⨯=-⨯
例2-6
解:
按题意要求圆周方向贴四片相同应变片,如果组成等臂全桥电路,当四片全感受应变 时,桥路输出信号为零。故在此种情况下,要求有补偿环境温度变化的功能,同时桥路输出电压还要足够大,应采取两片31R R 、贴在有应变的圆筒壁上做敏感元件,而另两片4
2R R 、
贴在不感受应变的圆筒外壁上作为温补元件,如图(a )所示。然后再将四个应变电阻接入图(b )桥臂位置上。此时被测压力变化时,31R R 、随筒壁感受正应变量0031>>εε、。并且31εε=;42R R 、所处位置筒壁不产生应变,故042==εε。桥路输出电压Uo 只与敏感元件31R R 、有关,故把 31R R 、放在对桥臂上,可获得较高的电压灵敏度。则输出信号电压0U 为
pU E
d D K
pU E d D K U K U R R R R U )()
2(4)(2)2(24)()(413133110--=--⋅=+=⋅∆+∆=
μμεε
另一方面42R R 、放于桥臂上与31R R 、组成的全桥测量电路,当环境温度变化时产生的电阻变化量均相同,故对环境温度变化有补偿作用,使
0414********=⋅⎥⎦
⎤
∆-∆+∆⎢
⎣⎡-∆=
∆U R t R R t R R t R R t R U t 例2-7
解:① 应变片组成半桥电路:
112o 11
4322(R R )R E R 21.2U E [
]0.01V (R R )R R (R R )2R 2120+∆∆Ω
=⋅+=⋅=⋅=+∆+++∆Ω
② E
K 12
=
= ③ R3、R4可以进行温度补偿。
练习题:
三、简答与计算题
2-2 如图所示为一直流电桥,供电电源电动势E=3V,R3=R4=100Ω,R1和R2为同型号的电阻应变片,其电阻均为50Ω,灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面
的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5 000
,试求此时电桥输出端电压U0。
R1
E
U0R2
R3
R4
R1
R2
F
图2-2
2-5比较各种电桥电路的灵敏度。
答案:
一、
1、B
2、C
3、D
4、C
5、A
6、A
7、B
8、C
9、B 10、C 11、B 12、D 13、B 14、A 15、D 16、C 17、A 18、D 19、C 20、A 21、C 22、A 23、B 二、
1、电阻值变化量
2、电阻温度系数;试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数
3、相邻两臂电阻的比值相等
4、正比
5、工作应变片;补偿块;不承受应变
6、压阻;大
7、非线性误差;提高灵敏度
8、电阻应变片;电阻-应变效应
9、电阻变化量;电量 10、非线性误差;温度补偿 11、弹性元件 12、电阻丝 13、力 14、应变;压阻 15、线路补偿法;应变片自补偿法 16、光刻腐蚀 17、0.1μm 18、信号调节电路 19、有机压电材料 20、横向
21、应变;电阻;电阻应变敏感元件;感知应变;电阻应变敏感元件;将应变转换为电阻变化 22、环境温度;电阻温度系数;试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数 23、直流电桥;交流电桥 24、提高桥臂比;半桥差动;全桥差动 三、
2-2此电桥为输出对称电桥,故152
1053223
0=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV