电阻式传感器(应变式)
电阻应变式传感器的构成
电阻应变式传感器的构成一、电阻应变式传感器的概述电阻应变式传感器是一种常见的力学量测量传感器,它利用材料的应变与电阻值之间的关系,将物理量转换为电信号输出。
由于其结构简单、灵敏度高、可靠性好等优点,在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
二、电阻应变式传感器的原理电阻应变式传感器利用了材料在受力作用下会发生形变这一物理现象。
当一个金属或合金材料受到外力作用时,其形状和尺寸会发生改变,这种改变被称为应变。
而材料的电阻值与其长度、截面积及导体材料有关,当材料发生形变时,导体长度和截面积也会随之改变,进而影响其电阻值。
因此,通过测量材料在受力作用下发生的应变程度以及相应的电阻值改变大小,就可以确定外力的大小。
三、电阻应变式传感器的构成1. 应力臂:是指将外力作用于该部位,并将该部位产生的应力转移到敏感元件上。
通常采用弹性杆或弹性薄片作为应力臂。
2. 敏感元件:是指将应变转化为电信号的部分,通常采用金属或合金材料制成,其电阻值随外力的大小而发生变化。
3. 支撑结构:支撑敏感元件和应力臂,使其能够承受外力作用并保持稳定。
4. 引线:将敏感元件的电信号传输到测量仪器中。
五、电阻应变式传感器的分类根据敏感元件的不同,电阻应变式传感器可以分为:1. 金属片式电阻应变式传感器:由薄金属片组成,当外力作用于其上时,产生形变从而改变其电阻值。
2. 金属箔式电阻应变式传感器:与金属片式类似,但由多个叠加在一起的薄金属箔组成,并采用绝缘材料隔开。
3. 桥式电阻应变式传感器:由四个敏感元件组成一个桥路电路,在测量中可消除温度对测量结果的影响。
4. 液体电阻应变式传感器:利用液体在受压作用下的体积变化,改变电阻值从而测量压力。
六、电阻应变式传感器的应用电阻应变式传感器广泛应用于工业生产和科学研究中,例如:1. 材料力学性能测试:如金属、塑料、橡胶等材料的拉伸、压缩、弯曲等性能测试。
2. 结构安全监测:如桥梁、大型建筑物等结构的安全监测。
电阻应变式传感器.
电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。
应用范围:可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。
应变式传感器特点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,既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。
1、应变式传感器的工作原理(1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。
公式推导:若金属丝的长度为L,截面积为S,电阻率为ρ,其未受力时的电阻为R,则:(9.1)如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形,其长度L变化dL,截面积S 变化dS,电阻率ρ变化,因而引起电阻R变化dR。
将式(9.1)微分,整理可得:(9.2)对于圆形截面有:(9.3)为金属丝轴向相对伸长,即轴向应变;而则为电阻丝径向相对伸长,即径向应变,两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ,负号表示符号相反,有:(9.9)将式(9.9)代入(9.3)得:(9.5)将式(9.5)代入(9.2),并整理得:(9.6)(9.7)或K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
公式简化过程:由式可以明显看出,金属材料的灵敏系数受两个因素影响:一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的,即项;另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的,即项。
对于金属材料项比项小得多。
大量实验表明,在电阻丝拉伸比例极限范围内,电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的,即K0为常数,于是可以写成:(9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。
通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。
(2) 应变片的基本结构及测量原理距用面积。
应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如2为的电阻丝制成的。
电阻应变式传感器
当温度变化∆t时,电阻丝电阻的变化值为:
∆Rα=Rt-R0=R0α0∆t
2) 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,不论环境温度如 何变化,电阻丝的变形仍阻丝材料的线膨胀系数不同时,由于环境温度的 变化,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0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀 系数分别为βs和βg,若两者不粘贴,则它们的长度分别为
当电桥平衡时, Uo=0, 则有 或 R1R4 = R2R3
R1 R3 = R2 R4
电桥平衡条件:相邻两臂 电桥平衡条件 电阻的比值应相等, 或相 对两臂电阻的乘积相等。
电桥接入的是电阻应变片时,即为应变桥。当一个 桥臂、两个桥臂乃至四个桥臂接入应变片时,相应 的电桥为单臂桥、半桥和全臂桥。 2.不平衡直流电桥的工作原理及电压灵敏度
R1 Z1 = R1 + jwR1C1
R2 Z2 = R2 + jwR2C2
Z 3 = R3
输出电压
⋅ ⋅
Z 4 = R4
U ( Z1Z 4 − Z 2 Z 3 ) U0 = ( Z1 + Z 2 )( Z 3 + Z 4 )
要满足电桥平衡条件, 即U0=0, 则有 Z1 Z4 = Z2 Z3
或
∆R ∆ρ = (1 + 2 µ )ε + R ρ
∆ρ ∆R R = (1 + 2 µ ) + ρ
ε
ε
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电 阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的 电阻相对变化量, 其表达式为 ∆ρ ρ K 0 = 1 + 2µ + ε ∆R = k 0ε 因此 R 灵敏度系数受两个因素影响: ①受力后材料几何尺寸的变化, 即(1+2µ); ②受力后材料的电阻率发生的变化, 即∆ρ/
电阻式传感器(应变式传感器
d E
(2-10)
8
式中: π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
将式(2-10)代入式(2-9)中得
dR (1 2 E)
R
(2-11)
实验证明,πE比1+2μ大上百倍,所以1+2μ可以忽略,因而半导 体应变片的灵敏系数为
14
表2-1 常用金属电阻丝材料的性能 15
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料,这是由于它有很多 优点:灵敏系数稳定性好,不但在弹性变形范围内能保持为常 数, 进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数;康铜的电阻 温度系数较小且稳定,当采用合适的热处理工艺时,可使电阻 温度系数在±50×10-6/℃的范围内;康铜的加工性能好,易于 焊接, 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
量为ΔR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σ为
σ=E·ε
.2.1 金属电阻应变片的种类
引线
覆盖层 基片
b
l 电 阻 丝式 敏 感 栅
图2-2 金属电阻应变片的结构
11
敏感栅是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其 上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。金属电阻 应变片的敏感栅有丝式和箔式两种形式,如图2-3所示。丝式金 属电阻应变片的敏感栅由直径0.01~0.05mm的电阻丝平行排列 而成。箔式金属电阻应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一 种很薄的金属箔栅, 其厚度一般为0.003~0.01mm,可制成各种 形状的敏感栅(即应变花),其优点是表面积和截面积之比大, 散热性能好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状, 便于批量生产。覆盖层与基片将敏感栅紧密地粘贴在中间,对 敏感栅起几何形状固定和绝缘、保护作用,基片要将被测体的 应 变 准 确 地 传 递 到 敏 感 栅 上 , 因 此 它 很 薄 , 一 般 为 0.03 ~ 0.06mm, 使它与被测体及敏感栅能牢固地粘合在一起,此外它 还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基片和覆盖层 的材料有胶膜、纸、玻璃纤维布等。
电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器,也被称为应变计,是一种常用的力、压力、应变等物理量测量的传感器。
其工作原理基于电阻在物体受力或受压变形过程中产生的应变效应,通过测量电阻值的变化来获得被测物理量的大小。
电阻应变式传感器的核心是电阻应变片。
电阻应变片是一种金属或半导体材料制成的薄片,具有良好的弹性和导电性能。
当被监测的物体受到外界力或压力作用时,电阻应变片发生形变,导致其长度、宽度和厚度的变化,从而引起导体横截面内电阻的变化。
根据应变片的布置方式,电阻应变式传感器可以分为单元式和桥式两种类型。
单元式电阻应变式传感器由一个单独的应变片组成。
该传感器在应变片上通过导线连接一个外部电路,通过测量电阻值的变化来间接反映物体受力或受压的大小。
当外界力或压力作用于物体,应变片发生形变,其电阻值变化,从而引起电路中的电压或电流变化。
通过测量电压或电流的变化,可以计算出物体所受力或受压的大小。
桥式电阻应变式传感器采用四个相互连接的应变片来组成一个电阻应变式桥。
四个应变片分为两个对称组,每个组内的应变片两两布置在物体上。
通过选择不同的应变片材料和布置方式,可以使得一组应变片在被测物体拉伸变形时电阻值增加,另一组应变片在被测物体压缩变形时电阻值增加。
这样,当物体受到外界力或压力作用时,会引起电阻值的变化,从而导致电桥的不平衡。
利用电桥供电电压一定的特性,可以通过测量电桥的输出信号来计算被测物体的力或压力大小。
为了提高传感器的灵敏度和准确度,通常会对应变片进行补偿和校准。
补偿方法主要包括温度补偿和应变片的附加电路设计。
温度补偿可通过在应变片上安装温度传感器来实现,以消除温度变化对测量结果的影响。
应变片的附加电路设计可通过配备稳压电源和电桥调零电路来提高传感器的准确度。
电阻应变式传感器具有结构简单、响应速度快、可进行在线测量等优点。
它广泛应用于测力仪器、压力传感器、称重仪器、位移测量仪器等各个领域。
然而,电阻应变式传感器也存在不足之处,如对温度敏感、易受外界干扰等问题,需要在实际应用中进行合理的设计和使用,以确保测量结果的准确性和可靠性。
电阻应变式传感器
a) 丝式
b) 箔式
金属电阻应变片结构
1 2
3
12 3 体型半导体应变片
图3-1-5 电阻应变片的类型
3.1.1 应变片的工作原理
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应变电阻效应
(1)金属材料的应变电阻效应
dRRd(12u)
∵d CdV ∷dVdldA(12u)
V Vl A
金属丝材的
∴ d R R {1 (2)C (12)}K m
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3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 应变片的工作原理 3.1.2 电阻应变传感器的测量电路 3.1.3 电阻应变传感器的温度误差及其补偿 3.1.4 电阻应变传感器的应用 3.1.5 电阻应变传感器实训
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3.1.1 应变片的工作原理
• 图3-1-4示出了电 阻应变片的基本 结构。
• 由材料力学知,经向收缩 和r 轴向伸长 的关系为:
•
r
drd,l称为泊松比
r
l
• 则 d R R d l(1 l2 ) d (1 2 ) d
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3.1.1 应变片的工作原理
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• 下面分导体和半导体两种情况对 上式进行讨论: – 金属电阻应变片(按结构形 式分) • 丝式 • 箔式 • 薄膜式 – 半导体应变片 • 体型半导体应变片 • 薄膜型半导体应变片 • 扩散型半导体应变片
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3.1.2 电阻应变传感器的测量电路
• 由于电阻应变片工作时其电阻变化很微小,例如,一
片 k、2初始电阻120Ω的应变片,受1333微应变(约2吨
重的力)时,其电阻变化仅0.36Ω。 • 测量电路的任务是把微弱的电阻变化转换成电压或电流的
变化,因此常用直流电桥和交流电桥作为测量电路。 • 目前应变片电桥大都采用交流电桥,但由于直流电桥比较
电阻应变式传感器
提出问题?
当Ui值确定后, n值取何值时使K最高?
解决办法:
当dK/dn=0 时,求K的最大值。
U0 n K Ui R1 ( 1 n )2 R1
dK 1 n 3 dn 1 n
Ui 求得n=1时, K为最大值 K 4 即: 在电桥电压确定后, 当R1=R2=R3=R4时, 电桥电 压灵敏度最高, 此时有
结论:
U i R1 U0 4 R
当电桥电压Ui和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值, 且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
d.存在的不足
R1
B R2
Io
A
R3 D R4
C RL
Uo
放大器
(1)考虑:
+
Ui -
应变片R1工作时, 其电阻值变化很小, 即:△R1很小 电桥相应输出电压也很小,即:Uo很小
Ui -
K
分析可知:
U0 n Ui R1 (1 n)2 R1
—— 电桥电压灵敏度
① 电桥电压灵敏度K正比于电桥供电电压Ui Ui↑→ K↑ 但供电电压Ui的提高受到应变片允许功耗的限 制,所以要作适当选择; ② 电桥电压灵敏度K=K(n) , 恰当地选择桥臂比n 的 值,保证电桥具有较高的电压灵敏度。
特点: (1)测量量程大;
(2)防爆;
(3)可靠; (4)成本低。
钢丝
煤气包
原理 直接将代表煤气包储量的高度 变化转换为钢丝的电阻变化
玩具机器人(广州中鸣数码)
原理
直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值变化
电子称
原理 将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
《电阻应变式传感器》课件
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感,需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低,可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中,电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合,如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器,来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上,位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置,如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器,通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应,即当半导体受到外力作用时 ,其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
电阻式应变传感器
电阻式应变传感器是以电阻应变计为转换元件的传感器,其精确测量工作的原理是应变式原理。
这种应变计可以将变形能量转换为电阻值的变化,从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成的电阻应变式传感器,可以根据具体测量要求,设计成多种结构的形式。
还有这样的事实存在,弹性敏感元件如果受到所测量的力会产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。
目前,在测量行业内,常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精
度高,测量范围广寿命长,结构简单,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
电阻式应变传感器常见的特点有以下几点:
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,既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。
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第2章 电阻应变式传感器
F
3.2.2 位移传感器
R4 R3 U0 R1 E R2 R1 R2 F
图2.11 应变片式线位移传感器
U
3.2.4 压力传感器
0
= k U ε = kU
3l 4 Eb h
2
F
3.2.3 加速度传感器
作业: 作业:
1. 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 2. 电阻应变式传感器的工作原理? 电阻应变式传感器的工作原理? 3. 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 以及不对称电桥的输出电压变化. 以及不对称电桥的输出电压变化.
3.2 应用
3.2.1 应变式测力与荷重传感器
kU F U 0 = 2 (1 + ) AE
图2.8 受力圆柱上应变片的粘贴
图2.9 受力薄臂环上应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
1 .092 R bδ E
2
F
图2.10 受力等强度梁应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
6l E b0 h
1
Z3 = Z 2Z 4
z1 z3 = z 2 z 4
φ1 + φ3 = φ2 + φ4
或
(R1 + jX1)(R3 + jX3 ) = (R2 + jX2 )(R4 + jX4 )
2.2 电桥的调平衡
在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节. 在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节.对于直流 电桥可采用串联或并联电位器法, 电桥可采用串联或并联电位器法,对于交流电桥一般采用阻 容调平衡法. 容调平衡法.
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器
三、 电阻应变片的测量电路及温度补偿
(一) 测量电路
应变片把机械应变转化为有对应 关系的电阻变化后,需要将电阻的变 化转换为电压或电流的变化。由于应 变量非常小,通常采用测量电桥,将 微小的电阻变化转化为电压或电流的 变化。根据电源的不同,可将电桥分 为直流电桥和交流电桥。电桥的一般 形式如图1-7所示。
R
(1-5)
电阻应变式传感器
k0
1 2
/
,其中k0为电阻丝的灵敏系数,即单位应变所引
起的电阻的相对变化。通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝
的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。
k0
1
2
/
可知,电阻丝的灵敏系数受两个因素的影响:
一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化,即1+2μ,对某种材料来说
,它是一个常数;另一个是 / ,它是由电阻丝电阻率的改变而引
起的。
/
(1)对于金属材料, 是常数,并且比1+2μ小很多,往往可
以忽略不计,故 k0 1 2 。
电阻应变式传感器
(2)对于半导体材料,(dρ/ρ)/ε 的值比1+2μ大得多,电阻丝
的灵敏系数主要由电阻率相对变化所决定。 (3)大量实验也表明,在金属电阻丝拉伸比例极限内,电阻
相对变化与轴向应变成正比。通常,金属丝的灵敏系数k0为2左右, 不超过4~5,半导体应变片的灵敏系数为100~200。
半导体应变片的灵敏系数比金属电阻丝式应变片高几十倍,但 半导体材料的温度系数大,应变时非线性比较严重,使它的应用范 围受到一定的限制。
电阻应变式传感器
二、 电阻应变片的结构和特性 1. 应变片的分类与结构
电阻应变式传感器
晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所构成的平面称为晶面。
晶向(crystal direction): 在晶格中,任意两原子之间的连线所指的方向。
晶向指数: 用密勒(Miller)指数对晶格中某一原子排列在空间的位向进行标定。
使用方法: 设置坐标; 求截距; 取最小整数。
半导体应变片在不同晶向上受相同大小应力作用时电阻率变化情况不同。例如p型硅在[111]晶向上的灵敏度k约为150,而在[100]晶向上仅为10左右。
2.1 应变式传感器
单击添加副标题
一. 弹性体及其应变
弹性体(敏感元件)的基本概念:物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形。如果变形后的物体在外力去除后又恢复原来形状的变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
(1)刚度:弹性元件产生单位变形所需的力。 (2)灵敏度:在单位力作用下弹性元件产生的变形。
双弯曲梁
R4
R2
R3
R1
F
电阻应变片种类: 丝式(绕线式)、箔式、半导体式
引出线
电阻丝(丝栅)
基底
二. 电阻应变片及其电阻变化
1.金属应变片
金属电阻应变片的结构如右图所示,它由敏感栅、基体、覆盖层(保护片)和引出线四部分组成
敏感栅是转换元件,由金属丝、金属箔制成,它被粘贴在基体上。通过基体把应变传递给它。 基体起绝缘作用。 覆盖层(保护片)起绝缘保护作用。 引出线焊接于敏感栅两端,作连接测量导线之用。 电阻应变片有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。金属电阻应变片又有丝式、箔式和薄膜式等结构形式。 机电设备中传感器的连接与信号获取
电阻应变片的粘贴
粘贴步骤:
3.贴片:在应变片的表面和处理过的粘贴表面上,各涂一层均匀的粘贴胶 ,用镊子将应变片放上去,并调好位置,然后盖上塑料薄膜,用手指揉和滚压,排出下面的气泡 。
第一章电阻式应变式传感器
上午2时13分
38
全桥差动
③ 全桥差动
R1、R4 受拉应变 R2、R3 受压应变
R1+ΔR1
为提高电桥电压灵敏度 n=1 R4-ΔR4
R1-ΔR1 + U0
R4+ΔR4-
R2 R4 1 R1 R3
E 图1.16 全桥差动电路
上午2时13分
39
全桥差动
结论:
Uo
E
R1 R1
KU E
✓Uo与ΔR1/R1成线性关系,无非线性误差, ✓而且电桥电压灵敏度KU=E,是单臂工作时的四倍。 ✓同时还具有温度补偿作用。
上午2时13分
18
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
上午2时13分
19
温度误差
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
功率输出桥:U、I
上午2时13分
28
平衡电桥
(一)
R1
R2
1 平衡电桥
RL U0
当RL→∞时,电桥输出电压为:
y x
上午2时13分
泊松比
6
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
电阻应变式传感器实验报告资料
电阻应变式传感器实验报告资料
摘要
电阻式应变传感器(Resistive Strain Gage,RSG)是一种能够产生电阻变化的应变测试仪, 它可以检测外界物体表面变化的微弱变化。
本实验是用RSG测量分摊在不同类型材料上的负荷,以及测得不同应变率特性下材料抗拉强度和塑性性质。
一、实验原理
电阻式应变传感器主要原理是使用离散的电阻形成一组电路,当材料受外力变形时,表面的电阻发生变化,这种变化通过电路放大器连接到计算机上,从而记录应变变化值。
二、实验装置
实验装置由负载系统、传感器系统、圆柱体标准物体和电路放大器组成。
负载系统是一体式设计,由电机和脉冲输入装置协调运行而实现负载控制,传感器系统负责测量不同负载下应变量,而电路放大器可以放大传感器信号后输入计算机。
三、实验结果
1、应变图:实验将传感器安装于不同的标准物体上,根据负载、应变值范围和读数精度等参数设定,完成了不同类型标准物体的应变测量,获得了可靠的应变数据和应变图(如图1)。
2、材料抗拉强度和塑性性质:根据实验获取的应变数据,结合材料相关理论,可以计算出该材料抗拉强度及塑性性质,详细数据见表1。
四、结论
本实验使用电阻应变传感器,在不同类型材料上测量了负载和应变特性,获得了可靠的应变图和抗拉强度和塑性性质的实验数据。
电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器的工作原理1. 介绍电阻应变式传感器是一种常见的力、压力、扭矩、重量等物理量测量装置。
它通过测量物体受力或变形引起的电阻变化来实现物理量的测量。
本文将详细介绍电阻应变式传感器的工作原理及其应用。
1.1 传感器分类传感器可以根据其工作原理和测量物理量进行分类。
根据工作原理,传感器可以分为电阻、电容、电感、霍尔等类型。
根据测量物理量,传感器可以分为力、压力、温度、光等类型。
1.2 电阻应变式传感器的概述电阻应变式传感器属于电阻型传感器的一种。
它利用电阻材料的应变效应,将外界的力、压力等物理量转换为电阻值的变化。
电阻应变式传感器具有结构简单、精度高、可靠性好的特点,在工业领域得到广泛应用。
2. 原理电阻应变式传感器的工作原理基于电阻材料的应变效应,即当电阻材料受到外界力或压力作用时,材料的几何形状和尺寸发生变化,从而引起电阻值的变化。
2.1 电阻应变效应电阻应变效应是指电阻材料在受到应变作用下,电阻值发生变化的现象。
根据应变的类型,电阻应变效应可以分为拉伸应变效应和压缩应变效应。
拉伸应变效应是指电阻材料受到拉伸力作用后,电阻值增加;压缩应变效应是指电阻材料受到压缩力作用后,电阻值减小。
2.2 应变片电阻应变式传感器通常采用由电阻材料制成的应变片作为敏感元件。
应变片的几何形状和尺寸可以根据测量需求进行设计。
当外界力或压力作用于应变片时,应变片发生应变,从而导致电阻值的变化。
2.3 桥式电路为了能够测量电阻值的变化,电阻应变式传感器通常采用桥式电路进行测量。
桥式电路由四个电阻组成,其中两个电阻为应变片,另外两个电阻为补偿电阻。
当应变片受到力或压力作用时,其电阻值发生变化,从而使桥路出现失衡,产生输出信号。
2.4 输出信号电阻应变式传感器的输出信号通常为电压信号。
输出信号的大小和方向取决于桥路失衡的程度和方向,可以通过增益电路和滤波电路进行信号处理和放大。
3. 应用电阻应变式传感器广泛应用于力学实验、工业自动化、航空航天等领域。
应变式电阻传感器
应变式电阻传感器,有的人叫法是电阻应变式传感器,它是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器,其精确测量工作的原理是应变式原理。
弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成的电阻应变式传感器,可以根据具体测量要求,设计成多种结构的形式。
还有这样的事实存在,弹性敏感元件如果受到所测量的力会产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化,从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
目前,在测量行业内,常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精度高,测量范围广寿命长,结构简单,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
应变式电阻传感器常见的特点有以下几点:
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,既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。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种,各种应用仪器仪表和系统,以及各种起重机械超载保护装置,可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。
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传感器原理— 电阻应变式传感器
三、应变式电阻传感器的测量电路 • 1.电源接入方式 • 惠斯登电桥电路按照所提供电源的不同分 为直流电桥和交流电桥两种形式,其接入 方式如图所示。
电源接入方式
• 2.应变片接入方式
图: 应变片的三种接入方式
图: 应变式电阻传感器的实际电路
(一)电桥的主要特性
当R >> ∆R时
U i ∆R1 ∆R2 ∆R3 ∆R4 U0 = − − + 4 R R R R
• 1.力敏感元件 • 力弹性敏感元件大都采用等截面柱式、等 截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。图所示 为几种常见的力敏感元件。
图 几种常见的力敏感元件
• 2.压力敏感元件 • 常见的压力弹性敏感元件有弹簧管、波纹 管、膜盒、薄壁半球和薄壁圆管等。压力 敏感元件可以把液体或气体产生的压力转 换为位移量输出。下图所示为几种常见的 压力弹性敏感元件。
2、压力 、 压力测量演示
案例:冲床生产记数 案例: 和生产过程监测
案例:冲床生产记数 案例: 和生产过程监测
案例: 案例:机器人握力测量
小型压阻式固态压力传感器 低压进气口 高压进气口
绝对压力传感器
小型压阻式固态压力传感器 p1进气管 固态压力传 感器
p2进气管 呼吸、 呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种电阻传感器,
片
弹性敏感元件、 它主要由①弹性敏感元件、②电阻应变 组成。 ③测量转换电路组成。
利用电阻应变式传感器可以测量力、位移
等参数。 、形变、加速度等参数。 形变、
图2-3 电子秤中的应变式电阻传感器
一、弹性敏感元件
• 弹性敏感元件是一种在力的作用下产生变 形,当力消失后能恢复成原来状态的元件, 是电阻式传感器的敏感元件。它通过与被 测物件接触,能直接感受到被测的量的变 化。因而在传感器中占有非常重要的地位, 其质量的优劣直接影响应变式电阻传感器 的性能和测量精度。