应变片式传感器习题 ppt课件

设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝
，其电阻R为
R l
S
两边取对数，得 ln R ln ln l ln S
等式两边取微分，得
dR d dl dS RlS
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S=π r 2
dS /S=2·dr/r
dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。
(ΔR1) t= – (ΔR2) t
R1 R2


R2 R1
R2 t R1 t
b K2 a K1
g 2 g 1
补偿效果可达±0.45με／P℃PT课。件
R1 R2
焊点
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线路补偿法
如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为
USC A R1R4 R2R3
USC AR1 R1t R1K R4 R2 R2t R3 ARRK
由上式可知，电桥输出电压只与应变ε有关，与温度 无关。为达到完全补偿，需满足下列三个条件：
①R1和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系 数α、线膨胀系数β、应变灵敏系数K都相同，两片的初 始电阻值也要求相同；
比。 对于拉伸和压缩形变 Y ，Y 称为弹性模量。
即 Fn / S Yl / l0
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1、 单丝自补偿法
由前式知，若使应变片在温度变化Δt时的热输出值
为零，必须使 t K g s 0
即 t K s g
应变片电阻温度系数 t ,栅丝和式件的线膨胀系数 s
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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，用灵敏度系数KS表示。金属应变片的电 阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即
R K K R
R
R
K为金属应变片的灵敏系数。
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2.2.3 温度误差及补偿
在外界温度变化的条件下，由于敏感栅电阻温 度系数αt及栅丝与试件膨胀系数(βg及βs)之差异性而 产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级 的误差。必须采取补偿温度误差的措施。通常温度 误差补偿方法有两类：
R R

(1 2

/ )
l / l
l l

K0
金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在 比例关系。比例系数K0称为金属丝的应变灵敏系数。
物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。
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K0由两部分组成： 前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，
后一部分为 / ，电阻率随应变而引起的（称“压 阻效应”）。 l / l 对金属材料，以前者为主，则K0≈ 1+2μ； 对半导体， K0值主要由电阻率相对变化所决定。
自补偿法
1．单丝自补偿法
2．组合式自补偿法
线路补偿法
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应 力
• 应力就是单位面积上受到的内力
应力：p

dF
/
dS
ˆ dΔFF
正应力: 应力在面元外法线方向的投影


p
nˆ

pn

dFn
/ ds
o nˆ
dΔБайду номын сангаасS
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拉压形变的胡克定律
在弹性形变中，当应变较小时，应力与应变成正
R2 R1
补偿应变片粘贴示意图
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当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度 场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即
USC AR1R4 R2R3 0
上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R′。 当温度升高或降低时，若ΔR1t=ΔR2t，即两个应变
片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零， 即
同学们好！
四川 黄龙 五彩池
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2.2 应变片式传感器
电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片主要特性 温度误差及补偿 应变片式电阻传感器的测量电路 应变片式电阻传感器的应用举例
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2.2.1 电阻应变片的工作原理
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值
将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。
②用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者 材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等；
③两应变片处于同一温度环境中。
此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点 是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件 下，温度场梯度较大，R1和RPP2T很课件难处于相同温度点。16
根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿 块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度 补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。
由材料力学知 dr dl
r
l
dR d dl (1 2) d (1 2 )
R l

将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则
R R

(1
2


l
/)
/l
l l

K0
金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在 比例关系。比例系数K0称为金PPT属课件丝的应变灵敏系数。4
式中 A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。
R1
R2
USC
R3
R4
由上式可知，当R3、R4 为常数时，Rl和R2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，并且补偿效
E
果较好，这是最常用的补
桥路补偿法
偿方法之一。
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测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件 的表面，图中R1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，图中R2，称为补偿应变片。
g 满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏 感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。
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2、组合式自补偿法
是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，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的，如图。这种 应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏 感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号 相反，即
USC AR1 R1t R4 R2 R2t R3
AR R1t R R R2t R
ARR R1t R RR R2t R
= AR R1t RPPT课2t件 0
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若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，R2 不承受应变。故由前式可得输出电压为