电阻应变片式传感器及应用.ppt

3.1电阻应变片式传感器及应用,电阻应变测量原理，是以电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化，再由专用仪器测得应变片的电阻变化大小，并转换为测点的应变值。,导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象， 称为电阻应变效应,金属应变片有:丝式和箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小.,应变效应：,1、分类,应变片的材料选择： 1、K应尽量的大，并在应变范围内保持常数。 2、电阻率要大，使得应变片栅状总长减小 3、电阻温度系数要小，使得应变片受发热影响小。 4、优良加工焊接性能，使应变片拉压自如,主要特性参数：,1、灵敏系数： 表示单位应变的电阻相对变化率。,3、初始电阻：自由状态下的应变片阻值，一般有：60，90,120，200,300,500,1000 4、允许电流：流过应变片的阻值应小于25mA 5、其他常数：如：横向效应，零漂，机械滞后,6、最高使用温度,所以温度变化会对应变片的测量带来误差。 解决的办法就是在测量电路中加入温度补偿环节。,二、测量电路,应变片可以把应变转换为电阻的变化，为了显示和记录应变大小，还需要把电阻变化再转换为电压或电流的变化。,由于应变信号一般都很微弱，故采用电桥来测量,1、直流电桥不平衡输出,测量前应使电桥平衡，使Uo=0，即：,桥式电路中，四个电阻的任何一个都可以是应变片电阻,特点：相邻相减，相对相加,例题1：,R1,R2,R3,R4,例题2：如图所示，测量一个悬臂梁受力情况，若测量电路已经确定 试摆放4个应变片的位置,R1,R2,R3,R4,2、应变片电桥的一般组成,1）单臂工作：,以上说明：单臂工作时，输出电压与应变片电阻变化率之间是近似的线性关系，实际上是非线性关系。这会带来非线性误差。,若将输出电压的式子用泰勒级数展开,2）双臂工作（差动半桥）,通过上式，说明双臂工作时，如果差动双臂应变大小一致（极性相反），则不存在（或很小的）非线性误差，并可起到温度补偿作用。,3）三臂工作（同理） 4）四臂工作（同理）,3、其他问题,1）电桥的平衡点的调整,自由状态下进行,串联,并联,2）温度补偿：采用半桥或全桥,3）应变自补偿,四、半导体应变片 金属电阻应变片的缺点是灵敏系数低（k一般为2.03.6），半导体应变片k比金属电阻高约50倍。 1、工作原理：（压阻效应）,对半导体来说：当某一轴向施加一定应力，电阻率发生变化称为压阻效应，不同类半导体，不同加力方向，压阻效应不一样。,半导体应变片灵敏度高，K100可不用放大器， 但半导体应变片有明显缺点：阻值，灵敏度等随温度变化大，非线性大，所以使用时应采取温度补偿和非线性补偿措施。,案例：桥梁固有频率测量,原理 在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。,电阻应变片传感器应用,案例：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。,四、应变效应的应用,电阻应变片的应用可分为两大类： 第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体。传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路； 第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。,应变式力传感器,S型力传感器,F,F,F,F,各种悬臂梁,各种悬臂梁,F,F,固定点,固定点,电缆,应变片在悬臂梁上的粘贴及变形,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,F,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,荷重传感器原理演示,贴在荷重传感器表面的应变片在向下力的作用下产生变形。轴向变短，径向变长。,汽车衡,测量装货量或 判断超载,汽车衡称重系统（参考北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）,荷重传感器用于构件的称重,荷重传感器 （共 3个，120度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）,底座,垫块,电缆,电子秤,磅秤,超市打印秤,远距离显示,电子天平,电子天平的精度可达十万分之一,人体秤,怎样改造，才能适合盲人使用？,吊钩秤,便携式,如何将信号传送到计算机中？,电子秤中的各类弹性元件,应变式数显扭矩扳手,数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的装配扭矩。量程2500Nm，耗电量10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。,应变式数显扭矩扳手（续）,压阻式固态压力传感器 利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。,压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片,隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片 隔离开来。,压阻式固态 压力传感器 内部结构,信号处理电路,p,小型压阻式固态压力传感器,高压进气口,低压进气口,小型压阻式固态差压传感器（续）,可用于呼吸、透析和注射泵等设备,p1进气管,p2进气管,电缆引出,小型压阻式固态压力传感器（续）,表压压力传感器,p1进气管,汽车子午线轮胎胎压的测量,子午线轮胎,汽车胎压传感器 的安装,投入式液位计,压阻式固态压力传感器的p1进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力。硅杯不与液体相通，耐腐蚀。,投入式液位计外形（续）,压阻式固态压力传感器,与水位成正比的光柱,橡胶 背压管,进水孔,投入式液位传感器,投入式液位传感器必须使用安装支架，适应于深度为 几米 至 几十米，且混有 大 量 污物、杂质的水或其他液体的液位测量。,电阻应变仪,下图所示的静态应变仪测量范围：19999； 分辨率： 1 ；电桥电压：直流2.5V； 应变片：120或其他阻值； 测量点数：8/16点；,电阻应变仪（续）,右图所示的静动态 应变仪技术指标： 量程：110000 频率范围：0150kHz 平衡方式：手动 精度：0.3% 零点飘移和灵敏度变化： 0.1 / 0.5 /24小时 信