电阻应变式传感器的原理与应用.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电阻应变式传感器的原理与应用.精品文档.电阻应变式传感器的原理与应用Resistance strain type sensor principle and Application李晓鹏 Li Xiaopeng 机自092214H 200922010053 2012.06.08摘要 以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、

2、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。关键词：应变片； 电阻； 组桥方式； 误差补偿abstractA resistance strain gauge for the conversion element resistance type sensor. Resistance strain type sensor by the elastic sensitive element, resistance strain gauge, a compensating resistance and a shell, according to the specific requirement of m

3、easurement is designed into a structure of a variety of forms. Elastic sensitive element from the measured force and deformation, and the attachment of the resistance strain gauge with deformation. Resistance strain gauge and the deformation is converted to the changes of resistance value, which can

4、 measure force, torque, pressure, displacement, acceleration and temperature and other physical parameters. Keyword: Strain gauge bridge， resistance， error compensation电阻应变式称重传感器原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片2变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电

5、信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松系数是。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：R = L/S（） （21）当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长L，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少r。此外，还可用

6、实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：R = L/S + L/S SL/S2 （22）用式（2-1）去除式（2-2）得到R/R = / + L/L S/S （23）另外，我们知道导线的横截面积S = r2，则 s = 2r*r，所以S/S = 2r/r （24）从材料力学我们知道r/r = -L/L （25）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。是表示材料横向效应泊松系数。把式（24）（25）代入（2-3），有R/R = / + L/L + 2L/L=（1 + 2（/）/（L/L）*L/L= K *

7、L/L （2-6）其中K = 1 + 2 +（/）/（L/L） （-）式（2-6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。R/R = K (28)二、弹性体弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向

8、一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。 = （3Q（1+）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2-9）其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：泊松系数；B、b、H、h为梁的几何尺寸。需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。三、检测电路检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问

9、题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。应变片的粘贴技术在电测技术中，应变片粘贴质量的优劣对测量的可靠性影响很大，是一个非常关键性的环节，必须予以注意为提高电测结果的准确性，我们应在应变片的粘贴过程中做到认真操作，一丝不苟 应变片的种类很多，有金箔式、丝式、薄膜式、半导体式鉴于目前在电测实验中较为常用的电阻应片是金箔式应变片(以下简称箔式应变片)，下面我们就以箔式电阻应变片为例，谈一谈电测应力实验中应变片的粘贴技巧 箔式应变片是用厚变为00o3001mm 的康铜或镍铬箔片借

10、光刻和腐蚀工艺制作成栅状，它由电阻丝、基片和引出线三大部分组成(如图1)这种应变片由于其具有线条均匀、灵敏度分散性小，测试范围广等优点，故而得到广泛应用在做电测实验之前，我们面临的第一个问题是如何选择正确的应变片由于箔式应变片的主要参数指标有：应变片的几何尺寸(包括敏感栅基长、应变片基底长、敏感 栅基宽、应变片基底宽)、名义阻值、灵敏度系数、允许电流、线性度、滞后、零漂、极限应变等，能否正确选择适当正确的应变片将直接影响到电测法的测试结 果为合理选用应变片，我们应对其性能作一些了解一般而言，大尺寸的应变片，能感受较多的平均应变量，有利于测量精度的提高；小尺寸的应变片，虽然感受 平均应变量较少，但能较好地反映出“点”的应力，所以对于应变片尺寸的选择，应根据构件受力后的应力分布情况和构件自身相关尺寸来决定参考文献（1） 熊诗波、黄长艺主编：机械工程测试技术基础 【M】，北京，机械工业出版社，2006（2） 周生国，机械工程测试技术 国防工业出版社，2005