电阻式传感器例题与习题

1、第二章电阻式传感器原理与应用根本要求1 .掌握金属应变式传感器的构成原理特性；2 .掌握压阻式传感器工作原理,固态压阻器件设计特点；3 .了解电阻应变式传感器动的粘贴方法；4 .通过对电阻应变片测量电路分析,掌握直流惠斯通电桥结构形式及特点例题分析例题2-1如果将100.电阻应变片贴在弹性试件上,假设试件受力横截面积S=05Xl0-4m2,弹性模量E=2X1011N/m,假设有F=5X104N的拉力引起应变电阻变化为1Q,试求该应变片的灵敏度系数?应变片灵敏度系数R/R1/100K20.005例题2-2一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤,在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片K=2如图2-1a

2、所示.l=100mmb=11mmt=3mngE=2X104N/mrri现将四个应变片接入图b直流电桥中,电桥电压U=6V当力F=0.5kg时,求电桥输出电压U0=?解：由图a所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下各两片.当重力F解：由题意得应变片电阻相对变化量R_1_R100根据材料力学理论可知：应变51040.5104210110.005图 2-17为试件所受应力,E,故应变S(b)作用梁端部后,梁上外表R1和R3产生正应变电阻变化而下外表R2和R4那么产生负应变电阻变化,具应变绝对值相等,电阻相对变化量为RiR3R2R4R4现将四个应变电阻按图6F1bt2E上UKUK之Rbt2E60.5

3、9.8100220.0178V17.8mV113210R2iR4F(a)图 2-22-2F10009.827SE1221070.31.56SE1.561041041560.4710447u.(b)所示接入桥路组成等臂全桥电路,具输出桥路电压为例题2-3采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上.如图2-2(a)所示,力F=1000kg.圆柱断面半径r=1cmrj弹性模量E=2X107N/cm,泊松比仙=0.3.求(1)画出应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图；(2)各应变片的应变e=?电阻相对变化量WR=?(3)假设电桥电压U=6V,求电桥输出电压U0=?(4

4、)此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因.上F解：按题意采用四个相同应变片测力单性元件,贴的位置如图2-2(a)所示.R1、R3沿轴向在力F作用下产生正应变10,30;R2、R4沿圆周方向贴那么产生负应变e2V0,40,30.并且1=3；R2和R4所处位置筒壁不产生应变,故&2=&4=0.桥路输出电压U0只与敏感元件R1、R3有关,故把R1和R3放在对桥壁上,可获得较高的灵敏度.那么输出信号电压U0为RiRiR31.561043.12104R2R4R720.471040.94104UoR3R4RiR3R41产210-40.4910-4)61.22mV为四个相同电阻应

5、变环境条件下,U0tR1tR2tR3tR4_RR4R1(上RX4u0R2R3R4此种测量方式可以补偿环境温度变化的影响.1(2K4(D另一方面R2、R4放于桥壁上与R1、R3组成的全桥的测量电路,当环境温度变化时产生的电阻变化量均相同,故对环境温度变化有补偿作用,使Uot1(国&KK)V04R1R2RR4图 2-3例题2-5求利用弹性模量E=187X109N/m2的P-Si半导体材料做成的晶向为100、111半导体应变片的灵敏系数？解：半导体应变片灵敏度系数公式为K=l-E式中l为应变片轴线方向压阻系数,其表达式为22,2222、44)(11ml11nlm1n1)11、m、n1压阻元件

6、纵向应力相对于立方晶轴的方向余弦.U01噌X)UK(13)UK(2)d22(Dd)EPU)dUd)E112(1112(a)(b)由教材王化祥主编表23可查P-Si的纵向压阻系数11=6.6X10-11m2/N;横向压阻系数12=-1.1x10-11m2/N;剪切压阻系数44=138.1X10-11m2/No100晶向 I11,mn10,故其100晶向应变灵敏度系数-119K10011E=6.6X10X187X10=12.31,11.111晶向I1m1n1,故11.(2)21231212121216.62(6.61.1138.1)()2()2()2()23.3.331029.3510m2/N灵敏

7、度系数K111lE9.351010187109175思考题与习题2-1什么是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体材料的压阻应变效应?2-2金属电阻应变片半导应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？2-3什么是金属应变片的灵敏度系数？2-4采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？2-5固态压阻器件结构特点是什么？受温度影响会产生哪些温度漂移？如何进行补偿？2-6直流电桥是如何分类的？各类桥路输出电压与电桥灵敏度关系如何？2-7有一金属应变片,其灵敏度K=2.5,R=120Q,设工作时其应变为1200,那么2-8应变片称重传感器,其弹性体为圆柱体,直径D=10cm,材料弹性模

8、量E=205X109N/m,用它称50t重物体,假设用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R二120.,问电阻变化多少？2-9拟在等截面的悬臂梁上粘贴4个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路,式问；4个应变片应该怎样粘贴在悬臂梁上？画出相应的电桥电路图.2-10如图2.1所示为一直流应变电桥.图中U=4VRI=R2=R3=R4=120Q,试求：121211()2()21011,3.3RI为金属应变片,其余为外接电阻.当R1的增量为RI=1.2.时,电桥输出电压U0为多少?Ri和R都是应变片,且批号相同,感受应变极性和大小都相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U0为多少？(3)题中,如果R与R感受应变极性相反,且RFIR|=1.2Q,电桥输出电压U0为多少？2-11如图2.2所示为等强度梁测力系统,Ri为电阻应变片,应变片灵敏系数K=2.05,未受应变时,Ri=120Q,当试件受力F时,应变片承受平均应变e=8X104,求应变片电阻变化量R和电阻相对变化量R1/R1.将电阻应变片R置于单臂测量电桥,电桥电源为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误差.假设要减小非线性误差,应采取何种举措？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小.2-12在上题条件下,如果试件材质为合金