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1、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
2、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：60，90,120，200,300,500,10004、允许电流：流过应变片的阻值应小于25mA5、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
3、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
4、,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
5、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
6、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
7、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
8、等设备,1进气管,2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,1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小时信噪比：52dB,（参考东方振动和噪声技术研究所资料）,电阻应变仪（续）,接线端子,与计算机接口的多路电阻应变测量模块,材料应变的测量,斜拉桥上的斜拉绳应变测试,材料应变的测量（续）,预应力管桩的质量检验：工作人员正在贴应变片,应变片粘贴在管桩上，引出线应良好固定,
