电阻应变式传感器.

第二讲电阻应变式传感器

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

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。

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。

电阻丝的电阻:

求R 的全微分得:

A R A L A S AP

----- = -------- — ------ + ------

R L S P

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

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

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 。

4

L

图2-6 金属丝应变效应

A L

式中L 是长度相对变化，即应变 名。

金属丝的变形有:

故应变效应数学表达式:

灵敏度系数:

"竺=1+2叶空

Z

Z

因此应变的应变效应原理：

A R = K Z x

R

式中K ——电阻应变片的灵敏系数

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+ 5和名y =-卩£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。

式中4 :泊松比,

对于钢

4 = 0.

285

△R =(1 +2A )s + 竺

P

结果：应变片的灵敏度比电阻丝的灵敏度要小

4. 应变片的温度误差及补偿 1).应变片的温度误差的产生

①

电阻温度系数

R t =R0(1 +a ot)

② 电阻丝和试件线膨胀系数不同

L s =L o (1 + P s A t)

L g =L o (1 + P g i t)

i R p = K o R o Ep = K o R o (P g -P s )加

③

温度引起的总附加应变

"o

+K o(P g -P s )

对应应变:

2).温度补偿

①线路补偿

应变片一般用电桥作为转换电路:

单臂电桥的补偿，通过不受力的试件上贴的应变片接入另一桥臂; 半桥、全桥的自补偿;

热敏电阻的补偿，增加或减小输入电压。 ②自补偿

原理：应变片的电阻温度系数 ^o 与应变栅材料、退火温度等有关，适当控制材料和工

艺使:

当温度变化加时,

△R j = R t — R o = Ro d o A t

设：电阻丝和试件温度 0 C 时的长度为L o ,

温度变化后的长度分别为:

粘在一起的附加应变:

A L

邛亍

Lg -Ls =(Pg

L o

-Ps

)也 t

电阻相对变化:

A Rt /R /A R P "o A t + K o (P g - P s )A t "A t

R o

R o

a

K o

a 。一K o (p g - Ps )则永恒自补。

、应变片的测量电路 本节要求: 掌握应变片测量电路的种类，电桥的工作特性。 1.直流电桥 当R

L =处时: U O

=E ・(J R 2-R 3〔

3R 4)

1).电桥平衡条件: 图2-7直流电桥转换电路

U o

2). R 2

"R 4 电压灵敏度 单臂电桥: U o

E

K u

半桥

R 4 A R i

T

R 3 R 1

U =(

R MR _ (3)

)

= E o R l 乜R1+R 2 R 3+R 4 (“A& +R 2)(1+R

4)

(

R 1 R R 3)

R 3

R i

=R2

= R 3 = R 4

U o

全桥

U o

=E 也 R i -2 R i

K U =E

K u =E

二、交流电桥