电阻式应变式传感器PPT讲稿

图1.9 测量梁的弯曲应变
接入相邻臂
输出电压增加2倍
△R1t=△RBt
应变状态相反
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温度误差补偿 ② 应变片自补偿法
➢单丝自补偿
t 0 即 K (g s)
➢ 双丝自补偿
R Ra Rb
Rbt
bt at
[
Rb Rat
]
Ra Rb
Ra
图1.10 双金属丝栅法
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➢ 敏感栅的材料有：
康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、 铂钨合金……
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三、应变片的特性
应变片的特性
1 灵敏度系数K
dR K
R
dR Ks
R
K与 Ks 相同吗？
应变计 的
灵敏系 数
K Ks
导电丝材 的
灵敏系数
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2 横向效应
应变片的特性
沿轴向应变为 x
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③ 热敏电阻补偿法
T
Rt
U
R5 —分流电阻
温度误差补偿
R5
R1
R2
Rt
E
R3
R4
U
图 1.11 热敏电阻补偿法
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测量电路
R K
R
机械应变
电阻应变计
R 变化
R
电桥电路
放大、显示
电阻应变仪
U(I) 变化
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测量电路 电阻应变片工作时，通常其电阻变化是很小的， ▪例：已知公式：
dS /S=2·dr/r
y x
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泊松比
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一、工作原理
电阻丝的灵敏系数Ks：单位应变所引起的电阻相对变
化量。
dR
d
Ks
R
1 2
几何尺寸变 化
电阻率变 化
实验证明在应变极限内Ks为常数 Ks=1.8 ~ 4.8
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一、工作原理 2 应变片的基本结构及测量原理
➢结构
初始电阻R=120 灵敏度系数K=2 纵向应变 =1000=1‰时
求：该应变片电阻的绝对变化量
R K
R
R=0.24
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工作臂
单臂应变电桥 双臂应变电桥 全臂应变电桥
测量电路
电源 直流电桥：R 交流电桥: R、L、C
应 变
平衡桥式：零位测量法（静态） 工作方式
不平衡桥式：偏差测量法（动态）
优点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，可用于静态测量又可用于动态测 量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用
缺点
具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线 需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应 变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温
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温度误差 四、电阻应变式传感器的温度误差及补偿
1、温度误差及产生原因
由于温度变化引起的应变输出
（1）敏感栅电阻值（T）
Rt=R0(1+αΔt)
Rt R0 R0t Rt R0t
附加应变
t
Rt / R0 K
R0t / R0
K
t
K
特点
T ； ； t
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温度误差
➢总附加应变
Rt
t R0 t (g s)t
KK
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2、温度补偿方法
① 桥路补偿法
R1 —工作片 RB—补偿片 R —平衡电阻
温度误差补偿
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图1.8 桥路补偿法
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温度误差补偿
➢在某些情况下，可以比较巧妙地安装应变片而不 需补偿件并兼得灵敏度的提高。
R1与RB特性相同
电 桥
桥臂关系
半等臂电桥
电源端对称 Z1 Z 4, Z 2 Z 3 输出端对称 Z1 Z 2, Z 3 Z 4
全等臂电桥 Z1 Z 2 Z 3 Z 4
负载 电压输出桥：RL , I 0
43
b
2
l
栅宽
栅长
1
图1.2 电阻应变片结构示意图
敏感栅1、基底2、覆盖层3、引线4 和 粘结剂
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➢测量原理
σε
一、工作原理
△R/R
根据应力与应变的关系，得到应力值σ为
σ=E·ε
弹性模量
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一、工作原理
应变片测量原理
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二、应变片类型
➢应变片类型
回线式应变片
（2）线膨胀系数不匹配
假设
Ls L0 (1 st) Lg L0 (1 g t) s g 电阻丝被迫拉伸到和试件一样长，△L
L L0 (g s )t
附加应变
t
L L
(g s))t
附加电阻变化
Rt R0
Kt
Rt
KR0 ( g
s )t
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➢总附加电阻
温度误差
Rt Rt Rt R0t KR0 (g s )t
沿横向应变为 y
如何减小横向效应 短接式应变片、箔式应变片
θ
dθ
dl
图1.6 丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分
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（3）机械滞后
应变片的特性
指
示
卸载
应
变
Δε
εi
加载
（4）应变片的电阻值R
Δε1
机械应变ε
图1.7 应变片的机械滞后
应变片在未经安装也不受外力情况下，室温下测得的电阻值
习惯上为 60、120、200、350、500、 1000Ω, 其中以120Ω最常用。
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二、应变片类型
实物
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二、应变片材料
➢对敏感栅的材料的要求：
①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。
丝式
体形
短接式应变片
箔式
薄膜型
(a) 上午12时44分
(b)
图1.3 丝式应变片
(c) 11
厚约0.003－0.01mm
Hale Waihona Puke Baidu
二、应变片类型
(a)
(b)
(c)
(d) 上午12时44分
(e)
图1.4 几种箔式应变片
(f) 12
二、应变片类型
厚度0.1 m以下，是薄膜技术发展的产物
图1.5 薄膜应变片
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度场合下的测量。
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电阻应变效应演示
一、工作原理
上午12时44分
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一、工作原理
电阻应变式传感器
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1 金属的电阻应变效应
R l
S
dR d dl dS R lS
定义： x
dl l
轴向 应变
一、工作原理
图1.1 金属导体受力变形情况
y
dr r
径向 应变
S=πr 2
电阻式应变式传感器课件
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应应变变式式传传感感器器 非电量 电阻元件 电阻变化
一、工作原理
本
二、应变片的类型与材料
节 内 容
三、应变片的特性 四、温度误差与补偿 五、信号调节电路 六、应变式传感器的应用
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§2.1应变式传感 器
应变计工作的物理基础 —— 电阻应变效应