电阻应变片式传感器及应用.pptx
n金属应变片有:丝式和箔式n优点:稳定性和温度特性好.n缺点:灵敏度系数小.第1页/共57页应变效应：第2页/共57页第3页/共57页1、分类 第4页/共57页应变片的材料选择：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 第5页/共57页主要特性参数：1、灵敏系数：表示单位应变的电阻相对变化率。第6页/共57页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 第7页/共57页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。第8页/共57页二、测量电路二、测量电路二、测量电路二、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第9页/共57页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，相对相加特点：相邻相减，相对相加 第10页/共57页例题例题1 1：R1R2R3R4第11页/共57页例题例题2 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：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试摆放4 4个应变片的位置个应变片的位置R1R2R3R4第12页/共57页2、应变片电桥的一般组成 1）单臂工作：第13页/共57页以上说明：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第14页/共57页2 2 2 2）双臂工作（差动半桥）双臂工作（差动半桥）双臂工作（差动半桥）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）第15页/共57页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第16页/共57页2）温度补偿：采用半桥或全桥3）应变自补偿第17页/共57页四、半导体应变片四、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 1、工作原理：（压阻效应）、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。第18页/共57页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。第19页/共57页案例：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第20页/共57页案例：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。第21页/共57页四、应变效应的应用四、应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类：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；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。仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。第22页/共57页应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器 FFFF第23页/共57页各种悬臂梁各种悬臂梁 第24页/共57页各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点电缆第25页/共57页应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 第26页/共57页应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2 R4第27页/共57页应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF第28页/共57页应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF第29页/共57页荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 贴在荷重传贴在荷重传感器表面的应感器表面的应变片在向下力变片在向下力的作用下产生的作用下产生变形。变形。轴向变轴向变短短，径向变长径向变长。第30页/共57页汽车衡汽车衡测量装货量或判断超载第31页/共57页第32页/共57页荷重传感器用荷重传感器用于构件的称重于构件的称重 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）底座垫块电缆第33页/共57页电子秤电子秤 磅秤超市打印秤远距离显示第34页/共57页电子天平电子天平电子天平的精度可达十万分之一第35页/共57页人体秤人体秤 怎样改造，才能适合盲人使用？第36页/共57页吊钩秤吊钩秤 便携式如何将信号传送到计算机中？第37页/共57页电子秤中的各类弹性元件电子秤中的各类弹性元件 第38页/共57页应变式数显扭矩扳手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。量程和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的装配扭矩。量程2500N2500Nm m，耗电量，耗电量10mA10mA，有公制，有公制/英制单位转换、峰值保持、英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。自动断电等功能。第39页/共57页应变式数显扭矩应变式数显扭矩扳手（续）扳手（续）第40页/共57页压阻式固态压力传感器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。第41页/共57页压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片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。第42页/共57页压阻式固态压阻式固态 压力传感器压力传感器 内部结构内部结构信号处理电路p第43页/共57页小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气口低压进气口第44页/共57页小型压阻式固态差压传感器（续）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进气管电缆引出第45页/共57页小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）表压压力传感器p1进气管第46页/共57页汽车子午线轮胎胎压的测量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第47页/共57页投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器的压阻式固态压力传感器的p p1 1进气孔用柔性不锈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。相通，耐腐蚀。第48页/共57页投入式液位计外形（续）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 进水孔第49页/共57页投入式液位传感器投入式液位传感器 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。第50页/共57页第51页/共57页电阻应变仪（续）电阻应变仪（续）右图所示的静动态右图所示的静动态 应变仪技术指标：应变仪技术指标：量程：量程：110000 110000 频率范围：频率范围：0 0150kHz 150kHz 平衡方式：手动平衡方式：手动 精度：精度：0.3%0.3%零点飘移和灵敏度零点飘移和灵敏度变化：变化：0.1 0.1 /0.5 0.5 /24 /24小小时时信噪比：信噪比：52dB52dB（参考东方振动和噪声技术研究所资料）第52页/共57页电阻应变仪（续）电阻应变仪（续）接线端子第53页/共57页与计算机接口的多路电阻应变测量模块与计算机接口的多路电阻应变测量模块 第54页/共57页材料应变的测量材料应变的测量斜拉桥上的斜拉绳应变测试 第55页/共57页材料应变的测量（续）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，引出线应良好固定第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页
