《传感器技术与应用》课件-3.3电阻应变式传感器的应用

传感器技术与应用3.3电阻应变式传感器的应用电阻式应变传感器的分类电阻式应变传感器的应用主要分为两大类2.应变片与弹性元件组合使用构成测量仪器（如电子秤），测量重物、力、压力、位移、速度、加速度等物理量。1.应变测量——应变片直接粘贴在被测试件上，通过电阻应变仪测量构件的应力、应变、形变；电阻式应变传感器的分类

电阻应变仪是直接测量应变的专用仪器，在科研和工业生产中常常要对构件或组件的应变进行测量。

如:长征系列运载火箭、三峡工程、大庆石油井架等工程项目测试。测量高压容器的变形时压力—高压气瓶、高压锅炉、高压锅;机械设备的构件形变研究—火炮炮管、汽车底盘、飞机机翼。（1）电阻应变仪（1）电阻应变仪静态应变仪电路原理示意图按测量应变力的频率可分为静态应变仪、动态应变仪又可细分为：静态—5Hz，静动态—几百Hz；测量应力、应变，系统要求高速高精度A\D转换设备；（1）电阻应变仪动态—5KHz；超动态—几十KHz；测量振动、频谱分析，系统要求高性能解调电路，要有强大的数据处理、数字滤波、频谱分析功能。不同应变频率范围的应变仪，数据采集与数据处理电路有较大差别。静态应变仪电路原理示意图振动信号采集分析系统测量原理示意图地震仪测地应力、作用力大小；用多个测点，根据P波、S波的传播速度，计算震中和震源深度（1）电阻应变仪

桥梁固有频率测量电路直流电桥频率计（1）电阻应变仪①柱式力传感器

——有空心（筒形）、实心（柱形）两种

在圆筒（柱）上按一定方式粘贴应变片，圆筒（柱）在外力作用下产生形变。对实心圆柱，外力F作用时产生的应变为：

式中：L为弹性元件的长度；E为弹性模量；S为弹性元件的横截面积；应力σ=F/S。（2）力传感器（测力与称重）力传感器由弹性元件和应变片组成，有：柱式、梁式、环式、轮辐式等。柱式力传感器结构F=100×103N

柱式力传感器称重荷重，量程在0.1～100吨之间，国产有BLR-1型测拉力、BHR型测荷重传感器;火箭发动机实验台架都采用空心圆柱结构。①柱式力传感器（2）力传感器（测力与称重）①柱式力传感器

应变片连接电路圆柱面展开的应变片粘贴图（2）力传感器（测力与称重）应变片均匀贴在圆柱表面中间部分，R1R3、R2R4串联摆放在两对臂内，当有偏心应力时，一方受拉另一方受压产生相反变化，可减小弯矩的影响。横向粘贴应变片为温度补偿片有提高灵敏度的作用。

灵敏度按半桥计算，电桥输出为R=R1=R2=R3=R4

，受力方向相同

桥路连接图①柱式力传感器（2）力传感器（测力与称重）等截面梁悬臂梁的横截面积处处相等，所以称等截面梁。当外力F作用在梁的自由端时，固定端产生的应变最大，粘贴在应变片处的应变为：式中：是梁上应变片至自由端距离，b、h分别为梁的宽度和梁的厚度。

悬臂梁式力传感器有等截面梁、等强度梁两种形式，弹性元件一端固定,力作用在自由端。②悬臂梁式力传感器

（2）力传感器等截面梁因为应变片的应变大小与力作用的距离有关，所以应变片应贴在距固定端较近的表面，顺梁的方向贴上下各贴两只。四个应变片组成全桥，上面两个受压时下面两个受拉。保证对臂同极性、邻臂反极性连接。这种传感器适用于中等荷重，测量500Kg以下荷重。②悬臂梁式力传感器（2）力传感器

等强度梁悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化，是一种特殊形式的悬臂梁。当力作用在自由端时，梁任何位置上距作用点应力相等，应变片的应变大小为：

为梁的长度，当力作用在自由端时，梁表面产生的应变相等。对应变片粘贴位置要求不严，使用更为方便。

②悬臂梁式力传感器（2）力传感器各种形式的应变梁应用于不同场合②悬臂梁式力传感器（2）力传感器各种形式的应变梁，双孔梁多用于盘秤。②悬臂梁式力传感器：各种平行双孔梁（2）力传感器各种形式的应变梁，S梁、工字梁多用于吊秤。S型拉力梁弯曲环式②悬臂梁式力传感器（2）力传感器轮辐式传感器结构主要由五个部分组成：轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片；通过测量轮辐条对角线方向(450)的线应变测力。8个应变片分别粘贴在四个轮辐条的正反两面组成全桥。③轮辐式测力传感器（剪切力）侧视俯视（2）力传感器③轮辐式测力传感器汽车衡器传感器电子台秤扁平外型有大的抗载能力，可承受大的偏心度和侧向力；埋在地下用于测量行走中的拖车、卡车，可根据输出对超