电阻应变式称重传感器基础知识(二)

电阻应变式称重传感器基础知识(二)
电阻应变式称重传感器基础知识(二)

电阻应变式称重传感器基础知识(二)

今天我们了解一下电阻应变式称重传感器基础知识本三、检测电路

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等,所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵销,所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

2.称重传感器常用技术参数

一、用分项指标表示法在介绍称重传感器技术参数时,传统的方法是采用分项指标,其优点是物理意义明确,沿用多年,熟悉的人较多。我们现在列出其主要项目如下:

*额定容量生产厂家给出的称量范围的上限值。

*额定输出(灵敏度)加额定载荷时和无载荷时,传感器输出信号的差值。由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关,所以额定输出的单位以mV/V来表示。并称之为灵敏度。

*灵敏度允差传感器的实际稳定输出与对应的标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。例如,某称重传感器的实际额定输出为2.002mV/V,与之相适应的标准额定输出则为2mV/V,则其灵敏度允差为:((2.002 –2。000)/2.000)*100% = 0.1%

*非线性由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对于额定输出值的百分比。

*滞后允差从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载。在同一载荷点上加载和卸载输出量的最大差值对额定输出值的百分比。

*重复性误差在相同的环境条件下,对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。加荷过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。

*蠕变在负荷不变(一般取为额定载荷),其它测试条件也保持不变的情形下,称重传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比。

*零点输出在推荐电压激励下,未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。

*绝缘阻抗传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。

*输入阻抗信号输出端开路,传感器未加负荷时,从电源激励输入端测得的阻抗值。

*输出阻抗电源激励输入端短路,传感器未加载荷时,从信号输出端测得的阻抗。

*温度补偿范围在此温度范围内,传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿,从而不会超出规定的范围。

*零点温度影响环境温度的变化引起的零平衡变化。一般以温度每变化10K时,引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。

*额定输出温度影响环境温度的变化引起的额定输出变化。一般以温度每变化10K引起额定定输出的变化量额定输出的百分比来表示。

*使用温度范围传感器在此温度范围内使用其任何性能参数均不会产生永久性有害变化

二、在《OIML60号国际建议》中采用的术语。以《OIML60号国际建议》92年版为基础,参考《JJG669--90称重传感器检定规程》新的技术参数大致有:

*称重传感器输出被测量(质量)通过称重传感器转换而得到的可测量。

*称重传感器分度值称重传感器的测量范围被等分后其中一份的大小。

*称重传感器检定分度值(V)为了准确度分级,在称重传感器测试中采用的,以质量单位表达的称重传感器分度值。

*称重传感器最小检定分度值(Vmin)称重传感器测量范围可以被分度的最小检定分度值勤。

*最小静负荷(Fsmin)可以施加于称重传感器而不会超出最大允许误差的质量的最小值。

*最大称量可以施加于称重传感器而不会超出最大允许误差的质量的最大值。

*非线性(L)称重传感器进程校准曲线与理论直线的偏差。

*滞后误差(H)施加同一级负荷时称重传感器输出读数之间的最大差值;其中一次是由最小静负荷开始的进程读数,另一次是由最大称量开始的回程读数。

*蠕变(Cp)在负荷不变,所有环境条件和其它变量也保持不变的情况下,称重传感器满负荷输出随时间的变化。

*最小静负荷输出恢复植(CrFsmin)负荷施加前,后测得的称重传感器最小静负荷输出之间的差值。

*重复性误差(R)在相同的负荷和相同的环境条件下,使连续数次进行实验所得的称重传感器输出读数之间的差值。

*温度对最小静负荷输出的影响(Fsmin)由于环境温度变化而引起的最小静负荷输出之间的变化。

*温度对输出灵敏度的影响(St)由于环境温度变化而引起的输出灵敏度的变化。

*称重传感器测量范围被测量(质量)值范围,测量结果在此范围内不会超出最大允许误差。

*安全极限负荷可以施加于称重传感器的最大负荷,此时称重传感器在性能特征上,不会产生超出规定值的永久性漂移。

*温湿度对最小静负荷输出影响(FsminH)由于温湿度变化而引起的最小静负荷输出的变化。

*温湿度对输出灵敏度的影响由于温湿度变化而引起的输出灵敏度的变化。

此外,在《JJG699—90称重传感器检定规程》中,还列出了一个技术参数,即*最小负荷(Fmin)力发生装置能达到的最接近称重传感器最小静负荷的质量值。

正是因为传感器测量时,总要在测力机上进行,而又很难直接测量最小静负荷点性能。再要说明一点,《OIML60号国际建议》是专门为称重传感器而制定的,它对称重传感器的评定的出发点就是要适应衡器的要求。当传感器用于其它目的时,这种评估方式不一定最合适。

电阻应变片式传感器

电阻应变片式传感器 应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段,广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。 (1)精度高,测量范围广。对测力传感器而言,量程从零点几N 至几百kN ,精度可达0.05%F S ?(F S ?表示满量程);对测压传感器,量程从几十Pa 至11 10Pa ,精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με(微应变)至数千με(1με相当于长度为1m 的试件,其变形为1m μ时的相对变形量,即6 1110μεε-=?)。 (2)频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -,半导体应变式传感器可达1110 s -,若能在弹 性元件设计上采取措施,则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。 (3)结构简单,尺寸小,质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。 (4)可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。 (5)易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展,目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。 (6)价格低廉,品种多样,便于选择。 但是应变式传感器也存在一定缺点:在大应变状态中具有较明显的非线性,半导体应变式传感器的非线性更为严重;应变式传感器输出信号微弱,故它的抗干扰能力较差,因此信号线需要采取屏蔽措施;应变式传感器测出的只是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。 尽管应变式传感器存在上述缺点,但可采取一定补偿措施,因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。 一、电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。其中半导体材料在受到外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。 导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单,因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸

电阻应变式传感器.

第二讲电阻应变式传感器 教学目的要求: 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性; 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点:应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用 教学难点:应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时:共4学时(其中作业习题讲解 1学时) 教学内容: 本讲内容介绍: 电阻应变式传感器具有悠久的历史, 是应用最广泛的传感器之一, 本节着重介绍作为应 变式传感器核心元件的电 阻应变片的工作原理、 种类、材料和参数;讨论其温度误差及其补 偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求: 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是 应变效应一一机械变形时,应变片电阻变化 图2-6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻: : -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I

式中L 是长度相对变化,即应变 ■:。 金属丝的变形有: S 2:r^ [L 2^- S r L 式中":泊松比,对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式: =(1 2」); 灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ;x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数 二、电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求: 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类 结构:电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中,敏感栅是应变片 的核心部分,它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的,为了获得高的电 阻值,电阻丝排列成栅网状,故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分:丝式、箔式 3. 应变片的横向效应 应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的 影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后, 在圆弧的各微段上,其轴向感受的 应变在+ ;x 和;y =-「;x 之间变化,从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的 同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R

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。 高的阻值, 栅状, 在绝缘的基底上。 两端焊接引线。

电阻应变式称重传感器的故障检测方法

电阻应变式称重传感器的故障检测方法 2016-04-22 08:32:50 来源:eefocus 关键字:电阻应变式称重传感器故障检测 电阻应变式称重传感器是一种常用的测量仪器,可以将测量的力信号转换为电信号输出,是称重检测系统中的核心元件。电阻应变式称重传感器在使用过程中会出现一定的故障,我们对于电阻应变式称重传感器的故障检测方法是必须要掌握的,下面小编就来介绍一下具体的方法吧。 电阻应变式称重传感器故障往往会因为一些人为或自然因素损坏,比如传感器过载,冲击,或不小心跌落,大力拽传感器导线,雷击或大电流通过传感器,化学腐蚀,潮气浸蚀或高粉尘环境以及传感器内部的元器件的老化等。直接导致的后果可能是称重系统漂移,显示不稳定或不显示数据等现象。 首先,在从称重系统中拆除称重传感器前应该仔细慎重地判别系统的结构和传感器是否存在下列问题: 1)检查是否是系统传力故障,可能由于灰尘,机械部位未对准,元件传力延缓等原因,而非传感器故障; 2)检查系统在传力部位是否有损伤,锈蚀或者明显的磨损;冬季应注意传感器传力部位 是否有结冰现象,影响系统的传力和复位; 3)检查系统的限位装置是否工作,其间隙是否符合要求; 4)检查传感器电缆线与接线盒和显示仪表连接是否正确,有无断线或连接导线接触不良的情形;重点检查总线九芯插头及接线盒内的接线可靠性; 5)检查接线盒和仪表是否有故障,尤其是接线盒中电位器和接线端子的情况; 6)检查传感器是否锈蚀、受潮(特别是贴片孔区域);传感器电缆线的完整性;传感器电缆 线入口处的环境等。 建议用户配备下述的仪表设备作为检测传感器的必要的装置: A)高性能经校准的数字万用表(四位半以上),检查准确度能达到±0.1Ω和±0.01mv,检查 传感器的零点输出和桥路完整性; B)兆欧表(绝缘表),测试传感器的绝缘阻抗。推荐量程范围50VDC下测试5000MΩ。

电阻应变式传感器

(三)、测量电路的选用: 电桥电路是一种能够实现将电阻、电感、电容等参量的变化转变为电压输出的一种信号变换电路。具有结构简单、精确度和灵敏度高的优点,在测试中应用非常广泛。电桥按供电方式分为直流电桥和交流电桥。在这次设计中采用的测量电路是直流电桥。而电桥工作状态可分为:不平衡电桥和平衡电桥,不平衡电桥在连续量的自动检测中大量采用,平衡电桥又称为零位法测量,一般用于静态测量,准确性较高。在此次传感器设计中使用了平衡电桥。 二、基本原理: 扭矩的测量:采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后,经过压/频转换,变成与扭应变成正比的频率信号。如图1所示: 一、设计题目要求与分析 1、设计题目:设计测扭矩的传感器。 使用条件:转矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上,所以振动大,灰尘、油雾、水污比较多,故要求传感器封装在一起,只留下两个轴端在外面;工作温度在-20~150C0。 二扭矩测量及应变片的基本原理 1、应变片式传感器的原理及结构 应变计的转换原理基于应变效应。所谓应变效应是指 属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。由物理 学可知,金属丝酌电阻值R与其长度L和电阻率ρ成正比,

与其截面积A成正比比,其公式表示为: R=ρL/A 从而当金属丝受力变形改变其长度与横截面积而改变电阻值,而引起电压值变化。 电阻应变计简称应变计,它主要由电阻敏感栅、基底和面胶(或覆盖层)、粘结剂、引出线五部分组成。基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质,并起到敏感棚和弹性体之间的绝缘作用,面胶起着保护敏感栅的作用,粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起,引出线是作为联接测量导线之用。电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化。应变计的结构如下:

课程设计-电阻应变式称重传感器设计

电阻应变式称重传感器设计 摘要:在分析重力传感器信号特性的基础上,模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。结果表明:电路能实时、准确地处理信号,且工作稳定,可靠,重复性好,抗干扰能力强,可实现精密测量的目的。 关键词:称重;Lab view;电阻应变式传感器;放大电路。 一、引言 随着现代数据采集系统的不断发展,对高精度信号调理技术的要求也越来越高。由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题, 因此它的信号通常不能被控制元件直接接收,这样一来,信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分,并且其电路设计的优化程度直接关系 到数据采集系统的精度和稳定性。 在称重传感器信号检测中,检测精度受到诸多因素的影响,其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。电桥输出与激励电压成正比,因此,激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。并且现场工作环境恶劣,可能存在粉尘、振动、噪声以及电磁干扰等,称重传感器输出的几百微伏至几十毫伏信号极易受到干扰。所以研究抗干扰能力强、实时性好的信号变送和传输技术对保证检测精度具有重要意义。 二工作原理 1、原理框图

2、称重传感器(MS-1) MS—1型钢制“S”称重传感器,承受拉、压外力均可,输出对称性好,结构紧凑、安装方便、规格齐全。可用于制造机电结合称、吊钩秤、料斗秤及各种专用称、工艺称等。 外形尺寸

量程:50kg; 尺寸:A=51mm;B=13mm;C=64mm;螺纹(公制mm):M8×1.25; 技术指标: 标定数据:

转换系数K: 应变片测量电路: 上图为直流供电的测量电桥原理图,其中第一臂为电阻应变片,由应变片引起的电阻变化为△R1,当R1=R2、R3=R4时,电桥的电压灵敏度S U为最大,此时有:U0=(1) S U=U0/(2) U0=(3) 采用差动电桥可以消除非线性误差。因此本设计电阻应变式称重传感器选用直流供电应变全桥,该电桥的电压灵敏度比单一工作应变片的电压灵敏度提高了4倍,且具有温度补偿作用。 3、放大电路 R1=10K;R2=2.4K; R3=238K; R4=2.4K; R5=100K 放大倍数K=(R3/R2)×(R5/R4)≈4100;

传感器实验报告应变片测量

传感器实验报告 一、实验原理 利用电阻式应变片受到外力发生形变之后,金属丝的电阻也随之发生变化。通过测量应变片的电阻变化再反算回去应变片所受到的应变量。利用电桥将电阻变化转化成电压变化进行测量,电桥的输出电压经过应变放大仪之后输出到采集卡,labview 采集程序通过采集卡 读取到应变放大仪的输出。 1 4 电桥输出电压与导体的纵向应变ε之间的关系为: 1 4 v V K ε=??? (1.1) 其中K 为电阻应变片的灵敏系数,V 为供桥电压,v 为电桥输出电压。由上式可知通过测量电桥输出电压再代入电阻应变片的灵敏系数就可以求出导体的纵向应变,即应变片的纵向应变。 二、实验仪器 悬臂梁 一条 应变片 一片 焊盘 两个 502胶水 一瓶 电阻桥盒 一个 BZ2210应变仪 一台 采集卡 一个 电脑 一台 砝码 一盒 三、实验步骤 1、先用砂纸摩擦桥臂至光滑,再用无水乙醇擦拭桥臂; 2、拿出应变片和焊盘,将502胶水滴在应变片及焊盘背面,把其贴在桥臂上,并压紧应变片; 3、使用电烙铁将应变片和焊盘焊接起来,再将焊盘跟桥盒连接起来,这里采用的是1 桥的接法; 4、将桥盒的输出接入到应变放大仪的通道1; 5、应变仪的输出接到采集卡上; 6、运行labview 的采集程序进行测试;

7、改变砝码的重量,从采集程序记录得出的数据。 8、对所得的数据做数据处理。 四、实验数据

五、数据分析 1、线性度分析 取出实验数据的0~250g的部分做线性度分析,数据如表2所示。

对上述数据进行初步分析,第一组跟第三组数据都是呈线性的,而第二组数据在70g-100g 这里却有了0.0013的变化,变化较大,不符合理论值,所以在进行数据分析时排除第二组数据,仅适用第一、第三组数据进行数据分析。对第一、第三组数据使用MATLAB 进行分析,先将两组数据做曲线拟合,得到拟合曲线之后将x 代入拟合曲线中求出对应的值,再把两组数据的端点取出做直线,将两条线相减得到最大差值,分别求出两组数据的最大差值,再代入公式max =100%L FS L Y γ?± ? 求出每组数据的线性度。FS Y 指的是满量程输出,这里取重量为250g 的数据。 具体实现的MATLAB 代码: x=[0 10 20 30 40 50 70 100 120 150 170 200 250]; x0=[0 250]; y01=[2.8646 2.8734]; y03=[2.8736 2.8828]; y1=[2.8646 2.8646 2.8648 2.8652 2.8653 2.8687 2.8662 2.8677 2.8681 2.8696 2.8701 2.8715 2.8734];%第一组数据 y2=[2.8613 2.8615 2.8619 2.8623 2.8625 2.8629 2.8637 2.865 2.8657 2.8668 2.8836 2.8847 2.886];%第二组数据 y3=[2.8736 2.8739 2.8742 2.8745 2.8749 2.8752 2.876 2.8771 2.8778 2.879 2.8798 2.8807 2.8828];%第三组数据 p1=polyfit(x,y1,1); p2=polyfit(x,y2,1); p3=polyfit(x,y3,1); p4=polyfit(x0,y01,1); p5=polyfit(x0,y03,1);

电阻应变式传感器.

第二讲 电阻应变式传感器 教学目的要求:1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性; 2.熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用; 3.掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点:应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用 教学难点:应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时:共4学时(其中作业习题讲解1学时) 教学内容: 本讲内容介绍: 电阻应变式传感器具有悠久的历史,是应用最广泛的传感器之一,本节着重介绍作为应变式传感器核心元件的电阻应变片的工作原理、种类、材料和参数;讨论其温度误差及其补偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求: 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是应变效应――机械变形时,应变片电阻变化。 电阻丝的电阻: S L R ρ =, 求R 的全微分得: ρρ?+?-?=?S S L L R R

式中L L ?是长度相对变化,即应变ε。 金属丝的变形有: L L r r S S ?-=?=?μ22 式中μ:泊松比,对于钢285.0=μ 故应变效应数学表达式: ρρ εμ?++=?)21(R R 灵敏度系数: ε ρ ρ με?+ +=?= 21R R k 因此应变的应变效应原理: x εK R R =? 式中K ──电阻应变片的灵敏系数 二、 电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求: 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1.电阻应变片的结构和分类 结构:电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中,敏感栅是应变片的核心部分,它是用直径约为0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的,为了获得高的电阻值,电阻丝排列成栅网状,故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分:丝式、箔式 3.应变片的横向效应 应变片的灵敏系数K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数K s ,其原因是由于横向效应的影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后,在圆弧的各微段上,其轴向感受的应变在+εx 和εy =μ-εx 之间变化,从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的同样长度电阻丝电阻变化的现象。

称重传感器的原理(一)

称重传感器的原理(一) 电阻应变式称重传感器[3]是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。 电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r的圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为R: R=ρL/S(Ω)(2—1) 当他的两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少Δr。此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ。

对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。我们有: ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2(2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S(2—3) 另外,我们知道导线的横截面积S=πr2,则Δs=2πr*Δr,所以 ΔS/S=2Δr/r(2—4) 从材料力学我们知道 Δr/r=-μΔL/L(2—5) 其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L

电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r的圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为R: R = ρL/S(Ω)(2—1) 当他的两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少Δr。此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ。 对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。我们有: ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S (2—3) 另外,我们知道导线的横截面积S = πr2,则Δs = 2πr*Δr,所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5) 其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6) 其中 K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L)(2--7) 式(2--6))说明了电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间的关系。 需要说明的是:灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,它和应变片的形状、尺寸大小无关,不同的材料的K值一般在 1.7—3.6之间;其次K值是一个无因次量,即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,很不方便

第2章 电阻式传感器习题

一、填空题: 1、电位移传感器是将1、电位器式传感器是一种将转换 成的传感器。 2、金属丝在外力作用下发生机械形变时,其电阻值发生变化,这一效应称为 2、常用弹性敏感元件一般用制成。 3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是,电阻应变片的制作材料分为和两种。它们收到外力电阻发生变化,第一种是由形成的,第二种是由造成的。的灵敏度较大。 4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。 5、应变测量电桥的三种接法是、、。输出电压分别为、、。电桥转换电路,因接法不同,灵敏度也不同,的灵敏度最大,实验证明输出电压与应变或受力成(线性/非线性)关系。 6、要使直流电桥平衡,必须使相对桥臂的电阻值的相等。 7、电阻应变效应做成的传感器可以测量、、。 8、测温热电阻分为和。 9、MQN气敏电阻可测量。TiO2气敏电阻可 测量。 10、带有调零、调满度的热电阻测量转换电路调试过程的步骤是 _____。若发现毫伏表的满度值偏大,应将RP2往_____调。 11、测温热电阻分按结构分为___ 、___ _、__ 热敏电阻按温度系数又可分___ 、_ _。 12、湿敏电阻传感器按结构形式分为___ 、___ 、 _。 13、在下图控制电路中R t应选用________(PTC/NTC)。 二、选择题 1、将应变片贴在上,可以分别做成测量位移、力、加速度传感器。 A试件 B质量块 C应变电阻弹性元件 D机器组件 2、产生应变片误差的主要原因。 A电阻有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应变力方向不同 3、应变片的标称电阻3、电阻应变片的标称电阻有几种,应用3、、

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻 B电容 C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片;为提高集成度,测量气体压力应选择;一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中,希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能,选择 的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加,电阻。 灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加,电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加,电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度,TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时,被测人员由于说谎、紧张而手心出汗,可 用传感器来测量 A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串

应变式称重传感器)

成绩评定: 传感器技术 课程设计 题目称重传感器 1

目录 摘要 (1) 设计任务书................................ (1) 第一章德普施应变传感器 (2) 1.1工作原理 (2) 1.2 电阻应变片 (2) 第二章测量电路 (2) 2.1测量电桥 (2) 2.2运算放大器LF356 (3) 2.3 放大电路 (3) 2.3.1 一级放大电路 (4) 2.3.2 调零电路 (5) 2.3.3 可调二级放大电路 (5) 第三章误差分析 (6) 第四章个人小结 (6) 参考文献 (6)

摘要 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科,是现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展,特别是电子信息科学的发展,极大的促进了现代传感器的发展。同时我们也看到,传感器在日常生活中的应用越来越广泛,可以说它已成为测试测量不可或缺的环节。因此学习、研究并在实践中不断应用传感器技术具有重大意义。 鉴于此,本次课程设计力图通过对常用传感器的设计运用使我们加深对传感器的认识和理解并逐步将课本上学习到的理论知识转换为实际生产力,以培养我们学以致用的求学质量。 称重传感器是用来将重量信号或压力信号转化为电信号的装置,称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路,利用金属电阻丝在拉力作用下伸长变细,电阻增加的原理,既金属电阻随所受应变变化而变化的效应而制成的。本次课程设计中的传感器共由以下几部分组 成:应变梁、全桥电路、差动放大电路、调零电路和最后的放大标定电路。 关键词:电阻、放大器、应变片、应变式传感器。 1

应变式称重传感器设计

太原理工大学现代科技学院《传感器原理与应用》课程设计 设计名称应变式称重传感器设计 专业班级测控11-2 学号 71 姓名李玉堃 同组人王鑫王海平

设计日期 2015年1月 太原理工大学现代科技学院

注:1.课程设计完成后,学生提交的归档文件应按照:封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大张图纸不必装订) 2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。

应变式称重传感器设计 摘要 粘贴式电阻应变计广泛应用于当今高精度测力与称重传感器的制造中。本篇文章为帮助称重传感器设计者计算出称重传感器尺寸大小,从而为获得唯一需要的输出作了充分的准备。设计者既可以运用有限元分析法经计算机程序(如果可能)来确定称重传感器所需要的尺寸,或运用本文所提供的公式来计算此尺寸。通过某些假设得出的这些计算公式,另外还有电阻应变计的特性、应力形式、材料特征以及机械加工的偏差都会导致计算结果的一定误差。在批量制造称重传感器前,应制造几个样机进行组装、测试和标定。 在某些工业中,如航天工业也许只需要一次性的称重传感器,为决定其非线性、重复性和滞后等误差,在使用前对其进行标定是十分重要的。当计算机被应用于数据处理时,非线性、零点漂移及灵敏度变化,是很容易修正的。如果称重传感器在使用时要经历强烈的温度变化和外部附加载荷的影响,我们应进行试验并测量出这些影响量所造成的误差。如果某部分结构(如接头、销子、压杆)用来测量或是被用作称重传感器时,标定和测试就尤为重要了。 称重传感器设计包括许多方面,这里对其制造生产不予讨论,例如,需要对电阻应变计安装技术知识的全面了解,一些电阻应变计制造商提供技术资料的同时,还应提供电阻应变计安装的分类等。 关键词:传感器,电阻应变式,称重

电阻式传感器单臂电桥性能实验

实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验 一、实验目的 1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。 2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。 3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。 二、实验说明 1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其阻值发生变化,这就是电阻应变效应,其关系为:ΔR/ R=Kε,ΔR为电阻丝变化值,K为应变灵敏系数,ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。 2、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁,四个电阻应变片贴在梁的根部,可组成单臂、半桥与全桥电路,最大测量范围为±3mm。 1 1─外壳2─电阻应变片3─测杆4─等截面悬臂梁5─面板接线图 图1-1 电阻应变式传感器 3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示,图中R1、R2、R3为 固定,R为电阻应变片,输出电压U O=EKε,E为电桥转换系数。

图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图 三、实验内容 1、固定好位移台架,将电阻应变式传感器置于位移台架上,调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处,旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧,然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态,两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。 2、将实验箱(实验台内部已连接)面板上的±15V和地端,用导线接到差动放大器上;将放大器放大倍数电位器RP1旋钮(实验台为增益旋钮)逆时针旋到终端位置。 3、用导线将差动放大器的正负输入端连接,再将其输出端接到数字电压表的输入端;按下面板上电压量程转换开关的20V档按键(实验台为将电压量程拨到20V档);接通电源开关,旋动放大器的调零电位器RP2旋钮,使电压表指示向零趋近,然后换到2V量程,旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零;此后调零电位器RP2旋钮不再调节,根据实验适当调节增益电位器RP1。 4、按图1-2接线,R1、R2、R3(电阻传感器部分固定电阻)与一个的应变片构成单臂电桥形式。 5、调节平衡电位器RP,使数字电压表指示接近零,然后旋动测微器使

电阻应变式称重传感器的原理和应变片技术

电阻应变式称重传感器的原理和应变片技术 2012/7/26阅 随着科学技术与经济的发展进步,电子衡器作为百姓日常生活中一种贸易结算的手段,已经被广泛使用。无论小到几公斤的电子计价秤,还是大到100多吨的电子汽车衡都是由称重传感器这一主要部件实现质量与电量的转换的。因此对称重传感器的结构组成,工作原理及相关知识的阿了解,对于从事检定和修理方面的工作人员来说尤为重要。下面就从几个方面对电阻应变式称重传感器作以具体介绍。 一、电阻应变式称重传感器的工作原理和结构 电阻应变式称重传感器之所以能作为质量——电量的转换元件,是基于金属丝在受拉或受压后会发生弹性形变,其电阻值也随之产生相应的变化这一物理特性实现的。当电阻应变片内金属丝受到外力作用发生弹性形变时,它的长度L,横截面s及电阻率P均会发生相应的变化。电阻相对变化为 电阻相对变化公式 称重传感器接线图 在钢制的弹性体上,成对地在纵向和横向上贴有R1,R2,R3,R4共4个电阻应变片,它们组成一个全桥式测量电路,如图所示。图中A,c两点接人激励电压u,一般使用交流或直流电源供电,B,D两点为输出端,工作时将输出电压信号u。这种桥式测量电路,可以灵敏

地测量极微小的电阻变化。当弹性体受物体的作用时,弹性体便产生弹性形变,粘在其表面的电阻应变片随其同步地变形,因而改变了它们的电阻值。电阻应变片的长度L,截面积S,电阻率P均随之发生变化。由于电阻应变片组成的桥式电路是平衡的,电阻应变片的电阻变化会引起电桥的不平衡,从而输出电压信号,该信号与物体的质量()成正比。 根据上述原理制成的应变式称重传感器主要由三部分组成,即弹性元件,电阻应变片和测量电路,用专门、十分严格的粘贴技术并通过连接线将这三者联系起来,就可以实现质量——电量信号之间的线性变换。 二,电阻应变片的主要技术特性 1.灵敏度。金属丝的灵敏度系数(Ko)是表示金属丝受力后,电阻的相对变化与轴向长度的相对变化之间的关系。当金属丝制成应变片后,应变片的灵敏系数K就是一个新的量值了,而且K恒小于Ko。这是由于胶基对力传递变形失真外,主要还有横向效应,而且K还是温度的函数,所以对K的要求是稳定性。 2.线性度。弹性体上的应变敏感元件,其电阻的相对变化AK/K理论上呈线性关系。实际上,当施加到弹性体上的力超过一定范围时,就会出现非线性关系。 3,横向效应。粘贴在弹性体上的应变片,其敏感栅有许多条直线及圆角部分组成。当受到纵向应力之后,直线段的电阻将增加,圆角部分的电阻将减小,其综合效应是使应变片的灵敏度下降,这种现象称为应变片的横向效应。在工程上采用箔式应变片可减小横向效应。4.机械滞后和热滞后。当对贴有应变片的弹性体循环加载和卸载时,应变片的AR/R与AL /L之间的特性曲线的不重合程度称为机械滞后。把加载和卸载特性曲线的最大差异值称为应变片的机械滞后值。它的物理意义是,保持外界条件不变,对弹性体循环加载、卸载过程中,对同一载荷,应变片输出的差值即为机械机械滞后值。当弹性体受到恒定外力时环境温度改变时应变片的电阻值也要变化。在循环改变温度时,应变片在同一温度下电阻的差值称为应变片的热滞后值。 5.零漂和蠕动。在恒温条件下,贴有应变片的弹性体不承受任何载荷,应变片的阻值随时间变化的情况称为应变片的零漂。 在恒温条件下,加到贴有应变片的弹性体上的载荷力恒定,应变片的应变输出随时问变化的情况称为应变片的蠕动。 6应变极限。粘贴在弹性体上的应变片所能测量的最大载荷力称为应变极限。在恒温条件下,缓慢均匀地施加载荷力,当应变片的输出大于机械应变的10%时,就认为应变片已接近破坏状态,此时的应变值就称为应变极限值。

基于电阻应变片的压力传感器设计

前言 随着科学技术的迅猛发展,非物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域,而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中,被作为一次仪表定位,其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置,其精度和范围度是根据需要来选定的。因此,应根据测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器,均要求其性能稳定,数据可靠,经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量,特别是随着微处理机的出现,工业生产过程自动化程度化的不断提高,称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置,从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制,到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等,都应用了称重传感器,目前,称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器,测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变,从而利用力,受力面积及应变之间的关系来确定力的大小,进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号,故需要对其进行放大处理;由于传感器输出的信号里混有干扰信号,故需要对其进行检波滤波;由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压(包括干扰电压),故需要设计共模抑制电路。除此之外,还要设计调零电路。

应变式称重传感器技术的现状和发展趋势

应变式称重传感器技术的现状和发展趋势

应变式称重传感器技术的现状和发展趋势 一、应变式称重传感器的发展与技术创新 1938年美国加利福尼亚理工学院教授 E.Simmons(西蒙斯)和麻省理工学院教授A.Ruge(鲁奇)分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计,以他们名字的字头和各有二位助手命名为SR-4型,由美国BLH公司专利生产。为研制应变式负荷传感器奠定了理论和物质基础。 1940年美国BLH公司和Revere公司总工程师A.Thurston(瑟斯顿)利用SR一4型电阻应变计研制出圆柱结构的应变式负荷传感器,用于工程测力和称重计量,成为应变式负荷传感器的创始者。1942年在美国应变式负荷传感器已经大量生产,至今已有60多年的历史。 前30多年,是利用正应力(拉伸、压缩、弯曲应力)的柱、筒、环、梁式结构负荷传感器的一统天下。在此时期内,英国学者杰克逊研制出金属箔式电阻应变计,为负荷传感器提供了较理想的转换元件,并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺。美国BLH公司和Revere公司经过多年实践创造了负荷传感器电路补偿与调整

工艺,提高了负荷传感器的准确度和稳定性,使准确度由40年代的百分之几量级提高到70年代初的0.05量级。但在应用过程中出现的问题也很突出,主要是:加力点变化会引起比较大的灵敏度变化;同时进行拉、压循环加载时灵敏度偏差大;抗偏心和侧向载荷能力差;不能进行小载荷测量。上述缺点严重制约了负荷传感器的发展。 后30多年,经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破;80年代称重传感器与测力传感器彻底分离,制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变革;90年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战,加速了称重传感器技术的发展。 1973年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固有缺点,提出不利用正应力,而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论,并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器。打破了正应力负荷传感器的一统天下,形

电阻应变式传感器-实验报告

理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2009 年 03 月 06 日,第 二 周,星期 五 第 5-6 节 实验名称 电阻应变式传感器 教师评语 实验目的与要求: 1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、 结构、 特性和使用方法 2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度 3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法 主要仪器设备: CSY 10A 型传感器系统实验仪 实验原理和容: 1. 应变效应 导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时, 其阻值也会发生相应的变化, 成为应变效应。 电阻应变片的工作原理即是基于这种效应, 将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。 金属丝的电阻应变量可由以下算式表达: 金属丝的原始电阻值为S L R ρ= , 收到轴向拉力时, 发生电阻值变化R ?, 变化比例的表达式为: S S L L R R ?-?+?=?ρρ, 根据金属丝在力学和材料学上的相关性质, 在弹性围可以对公式进行改写, 得到 L L k L L L L R R ?=??? ??????++=?ρρμ)21(, 其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数, 表示单位应变量引起的电阻值变化, 它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关; 一般半导

体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。 (由于受力会影响到半导体部的载流子运动, 固可以非常灵敏地反映细微的变化) 2. 电阻式应变传感器的测量电路 转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出, 电阻应变式传感器中常用的是桥式电路, 本实验使用直流电桥。 驳接阻抗极高的仪器时, 认为电桥的输出端断路, 只输出电压信号; 根据电桥的平衡原理, 只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时, 电压信号即发生变化; 电桥的灵敏度定义为 R R V k v /?= 根据电阻变化输入电桥的方法不同, 可以分为单臂、 半桥和全桥输入三种方式: 2.1 单臂电桥 只接入一个应变电阻片, 其余为固定电阻。 设电桥的桥臂比为 n R R R R ==2 314, 根据电桥的工作原理, 并忽略一些极小的无影响的量, 可以得到输出电压的表达式为11 )1(2R R n nU V ??? ?? ??+≈, 同时得到单臂电桥灵敏度表达式2 ) 1(/n nU R R V k v +=?= 单臂电桥的实际输出电压与电阻变化的关系是非线性的, 存在非线性误差, 故不常使用。 2.2 半桥 如图, 接入两个应变电阻和固定电阻, 设初始状态为R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR , 可以得到电压表达式U R R V ?= 21, 半桥灵敏度表达式U k v 2 1 =, 可见输出电压与电阻的变化严格呈线性关系, 不存在线性误差, 灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 2.3 全桥 全部电阻都使用应变电阻, 且相邻的两个臂的受力方向相反, 根据电桥性质可以得到电压及灵敏

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