传感器原理及其应用-第2章-电阻应变式传感器.ppt

电阻应变式传感器概述
应变片用于各种电子衡器材料应变的测量汽车衡称重系统——金属丝的轴向应变；式中：KS——金属丝的灵敏系数；(gagefactor)2.2.1应变片的基本结构1.金属丝式应变片(bondedmetal-wiregage)
直径在0.012～0.05mm的金属丝；箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。2.2.3应变片的材料材料名称基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm类型4.引线材料2.绝缘电阻：要求>1010欧姆；对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。
产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。6.应变极限、疲劳寿命疲劳寿命指对已粘贴好的应变片，在恒定幅值的交变力作用下，
可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数。而在圆弧的其他各微段上，其轴向感受的应变是由+εx变化到－εy的，因此圆弧段部分的电阻变化，显然将小于其同样长度沿轴向安放的金属丝的电阻变化。由此可见，将直的金属丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化较直的金属丝小，因此灵敏系数有所降低，这种现象称为应变片的横向效应。9.动态响应特性设应变波波长为λ，则有λ=v/f。应变片栅长为L，瞬时t时应变波沿构件分布为

应变片中点的应变为

xt为t瞬时应变片中点的坐标。应变片测得的应变为栅长l范围内的平均应变εm，其数值等于l范围内应变波曲线下的面积除以l，即
平均应变εm与中点应变εt相对误差δ为由表可知，应变片栅长与正弦应变波的波长之比愈小，相对误差δ愈小。当选中的应变片栅长为应变波长的（1/10-1/20）时，δ将小于2%。
因为

式中υ——应变波在试件中的传播速度；
f——应变片的可测频率。

取，则

若已知应变波在某材料内传播速度υ，由上式可计算出栅长为L的应变片粘贴在某种材料上的可测动态应变最高频率。基长l0（mm）1235101520
最高工作频率（KHz)25012583.3502516.612.52.4应变片的应用1.去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。3.测量：
从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。4.焊接：
将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。5.固定：
焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。2.5转换电路如图所示。电源E为恒压源，其内阻为零。根据电路学中的克希霍夫定律，列出电路方程：式中R0为负载电阻，因而其输出电压U0为:设R1为应变片的阻值，工作时R1有一增量ΔR1，当为拉伸应变时，ΔR1为正；压缩应变时，ΔR1为负。在上式中以R1+ΔR1代替R1，则由于ΔR1<<R1,略去(2-13)分母中的ΔR1/R1得：

(2-15)

当dKU/dn=0时，dKU最大，此时n=1；即R2=R1；R4=R3
当n=1时，电桥为等臂电桥，其输出电压为：

(2-16)
单臂直流电桥的非线性误差
如果不略去（2-13）式中分母的ΔR1/R1项，则电桥实际输出值为U0’，非线性误差为：

当n=1时，

差动电桥若采用四臂差动电桥（全桥），如图，并设初始时R1=R2=R3=R4=R；工作时各个桥臂中电阻应变片电阻的变化为：ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4；则电桥输出为：2.5.2恒流源电桥2.5.3交流电桥设各臂阻抗为:
2．交流电桥的平衡调节2.6电阻应变片的温度误差及其补偿
1.温度误差及其产生原因设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为α，则应变片产生的电阻相对变化为

由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当Δt存在时，引起应变片的附加应变，相应的电阻相对变化为

βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。温度变化形成的总电阻相对变化：

相应的虚假应变为

上式为应变片粘贴在试件表面上，当试件不受外力作用，在温度变化Δt