应变式传感器的基本知识(2)

1、Exit应变式电阻传感器应变式电阻传感器 2.1 工作原理工作原理 2.3 电阻应变片的温度误差及补偿电阻应变片的温度误差及补偿 2.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路2.5 应变式传感器的应用应变式传感器的应用 思考思考应变式力传感器的工作原理如图所示：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面，下表面，上表面应变片的电阻变，下表面的电阻变F越大，弯曲形变越，应变片的阻值变化就越如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上面应变片两端的电压变，下面应变片两端的电压变因此可得，外力越大，输出的电压差值也就越应变力传感器的作用：它能够把转换

2、成实验思考题实验思考题1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片）正（受拉）应变片 （2）负（受压）应变片）负（受压）应变片 （3）正、负应变片均可）正、负应变片均可2、如果、如果R1所在的桥臂为应变片，且为负（受压）所在的桥臂为应变片，且为负（受压）应变片应变片 （1）当受力增大时，）当受力增大时，U0增大还是减少？增大还是减少？（2） 如果如果R1所在的桥臂为受拉应变片所在的桥臂为受拉应变片 呢？呢？ R1R2R4R3ACBEDIoRLUo思考思考如何消除温度误差？要满足那些如何消除温度误差？要满足那些补偿条件？补偿条件？如何消

3、除非线性误差？要满足那些如何消除非线性误差？要满足那些补偿条补偿条件？件？2.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 2.4.1 直流电桥直流电桥 1. 直流电桥平衡条件直流电桥平衡条件433211RRRRRREUoR1R2R4R3ACBEDIoRLUo图3-9 直流电桥 当当RL时，电桥输出电压为时，电桥输出电压为 当电桥平衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3或 4321RRRR电桥平衡条件：电桥平衡条件：欲使电桥平衡，欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应其相邻两臂电阻的比值应相等，相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。或相对两臂电阻的乘积应相等。 电桥平衡条件电桥平衡条件 2.

4、电压灵敏度电压灵敏度 应变片工作时：电阻值变化很小，电桥应变片工作时：电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入相应输出电压也很小，一般需要加入放大器放大器进行进行放大放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路开路情情况。况。341211113443211414332111111)(RRRRRRRRRRERRRRRRRRRRRRRRREUo当受应变时：当受应变时：若应变片电阻变化为若应变片电阻变化为R，电桥输出电压，电桥输出电压 Uo0，则电桥不平衡，输出电压为，则电桥不平衡，输出电压为 设桥臂

5、比设桥臂比n=R2/R1，由于，由于R1R1，分母中，分母中R1/R1可忽略，可忽略， 并考并考虑到虑到平衡条件平衡条件R2/R1=R4/R3， 则上式可写为则上式可写为 ERRnnUo112)1 (电桥电压灵敏度定义为 EnnRRUKoU211)1 ( 分析：分析： 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压正比于电桥供电电压， 供电电压越供电电压越高，高， 电桥电压灵敏度越高，但电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制允许功耗的限制，所以要作适当选择；，所以要作适当选择； 电桥电压灵敏度是电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值桥臂电阻比值n的函数，恰当

6、地选的函数，恰当地选择桥臂比择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 ？ 当当E值确定后，值确定后，n取何值时才能使取何值时才能使KU最高最高？分析思路分析思路：dKU/dn = 0求求KU的最大值的最大值 2410(1)UdKndnn当n=1时，KU为最大值。即在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 114RREUo结论：结论：当电源电压当电源电压E和电阻相对变化量和电阻相对变化量R1/R1一定时，一定时， 电桥的电桥的输出电压及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。其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻

7、阻值大小无关。 4EKU114 RREUo单臂电桥单臂电桥 ：电桥中一桥臂为电阻应变片，其阻值变化为电桥中一桥臂为电阻应变片，其阻值变化为R，其他桥臂为固定阻值。，其他桥臂为固定阻值。若RiRi，R1=R2R3=R4R，则得 3. 非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 假设R1R1 ，略去分母中的R1/R1项而得出的是理想值：实际值计算为：)1)(1 (11110nRRnRRnEU114 RREUo 3. 非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 假设R1-力力-位移位移 -电位器电位器-电阻电阻4.2 变阻器式（电位器式）变阻器式（电位器式） 案例：煤气包储量检测案例：煤气包储量检测煤气包煤气包钢丝钢丝原理：钢丝原理：钢丝-收线圈数收线圈数 -电位器电位器-电阻电阻4.2 变阻器式（电位器式）变阻器