電阻應變片式傳感器及應用課件

3.1電阻應變片式傳感器及應用

電阻應變測量原理，是以電阻應變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發(fā)生應變，應變片也隨之變形而使應變片的電阻發(fā)生變化，再由專用儀器測得應變片的電阻變化大小，并轉換為測點的應變值。3.1電阻應變片式傳感器及應用電阻應變測量原理，是以電阻應1導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現象，稱為電阻應變效應導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現象，2金屬應變片有:絲式和箔式優(yōu)點:穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點:靈敏度系數小.電阻應變片式傳感器及應用ppt課件3應變效應：應變效應：4電阻應變片式傳感器及應用ppt課件51、分類

1、分類6應變片的材料選擇：1、K應盡量的大，并在應變范圍內保持常數。2、電阻率要大，使得應變片柵狀總長減小3、電阻溫度系數要小，使得應變片受發(fā)熱影響小。4、優(yōu)良加工焊接性能，使應變片拉壓自如

應變片的材料選擇：7主要特性參數：

1、靈敏系數：

表示單位應變的電阻相對變化率。

主要特性參數：1、靈敏系數：83、初始電阻：自由狀態(tài)下的應變片阻值，一般有：60Ω，90Ω,120Ω，200Ω,300Ω,500Ω,1000Ω4、允許電流：流過應變片的阻值應小于25mA5、其他常數：如：橫向效應，零漂，機械滯后6、最高使用溫度

3、初始電阻：自由狀態(tài)下的應變片阻值，一般有：60Ω，90Ω9所以溫度變化會對應變片的測量帶來誤差。解決的辦法就是在測量電路中加入溫度補償環(huán)節(jié)。

所以溫度變化會對應變片的測量帶來誤差。10二、測量電路

應變片可以把應變轉換為電阻的變化，為了顯示和記錄應變大小，還需要把電阻變化再轉換為電壓或電流的變化。

由于應變信號一般都很微弱，故采用電橋來測量

1、直流電橋不平衡輸出二、測量電路應變片可以把應變轉換為電阻的變化，為了顯示和記11測量前應使電橋平衡，使Uo=0，即：橋式電路中，四個電阻的任何一個都可以是應變片電阻

特點：相鄰相減，相對相加

測量前應使電橋平衡，使Uo=0，即：橋式電路中，四個電阻的任12例題1：R1R2R3R4例題1：R1R2R3R413例題2：如圖所示，測量一個懸臂梁受力情況，若測量電路已經確定試擺放4個應變片的位置R1R2R3R4例題2：如圖所示，測量一個懸臂梁受力情況，若測量電路已經確定142、應變片電橋的一般組成

1）單臂工作：

2、應變片電橋的一般組成1）單臂工作：15以上說明：單臂工作時，輸出電壓與應變片電阻變化率之間是近似的線性關系，實際上是非線性關系。這會帶來非線性誤差。

若將輸出電壓的式子用泰勒級數展開以上說明：單臂工作時，輸出電壓與應變片電阻變化率之間是近似的162）雙臂工作（差動半橋）通過上式，說明雙臂工作時，如果差動雙臂應變大小一致（極性相反），則不存在（或很小的）非線性誤差，并可起到溫度補償作用。

3）三臂工作（同理）4）四臂工作（同理）

2）雙臂工作（差動半橋）通過上式，說明雙臂工作時，如果差動雙173、其他問題1）電橋的平衡點的調整自由狀態(tài)下進行串聯并聯3、其他問題1）電橋的平衡點的調整自由狀態(tài)下進行串聯并聯182）溫度補償：采用半橋或全橋3）應變自補償2）溫度補償：采用半橋或全橋3）應變自補償19四、半導體應變片金屬電阻應變片的缺點是靈敏系數低（k一般為2.0~3.6），半導體應變片k比金屬電阻高約50倍。1、工作原理：（壓阻效應）對半導體來說：當某一軸向施加一定應力，電阻率發(fā)生變化稱為壓阻效應，不同類半導體，不同加力方向，壓阻效應不一樣。四、半導體應變片對半導體來說：當某一軸向施加一定應力，電阻率20半導體應變片靈敏度高，K>100可不用放大器，但半導體應變片有明顯缺點：阻值，靈敏度等隨溫度變化大，非線性大，所以使用時應采取溫度補償和非線性補償措施。半導體應變片靈敏度高，K>100可不用放大器，21案例：橋梁固有頻率測量原理在橋中設置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進行激勵，再通過應變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。電阻應變片傳感器應用案例：橋梁固有頻率測量原理電阻應變片傳感器應用22案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。案例：電子稱原理23四、應變效應的應用

電阻應變片的應用可分為兩大類：第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉換電路，這樣就構成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體。傳感元件就是應變片，測量轉換電路一般為橋路；

第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。四、應變效應的應用電阻應變片的應用可分為兩大類24應變式力傳感器

S型力傳感器

FFFF應變式力傳感器S型力傳感器FFFF25各種懸臂梁

各種懸臂梁26各種懸臂梁

FF固定點固定點電纜各種懸臂梁FF固定點固定點電纜27應變片在懸臂梁上的粘貼及變形

應變片在懸臂梁上的粘貼及變形28應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置FR1R2R4應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置FR1R2R429應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF30應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF31荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應變片在向下力的作用下產生變形。軸向變短，徑向變長。荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應變片在向下力的32汽車衡測量裝貨量或判斷超載汽車衡測量裝貨量或33汽車衡稱重系統(tǒng)（參考北京遠亞興業(yè)商貿有限公司資料）汽車衡稱重系統(tǒng)（參考北京遠亞興業(yè)商貿有限公司資料）34荷重傳感器用于構件的稱重

荷重傳感器（共3個，120度分布，以達到均衡目的，另兩個未拍出）底座墊塊電纜荷重傳感器用于構件的稱重荷重傳感器底座墊塊電纜35電子秤

磅秤超市打印秤遠距離顯示電子秤磅秤超市打印秤遠距離顯示36電子天平電子天平的精度可達十萬分之一電子天平電子天平的精度可達十萬分之一37人體秤

怎樣改造，才能適合盲人使用？人體秤怎樣改造，才能適合盲人使用？38吊鉤秤

便攜式如何將信號傳送到計算機中？吊鉤秤便攜式如何將信號傳送到計算機中？39電子秤中的各類彈性元件

電子秤中的各類彈性元件40應變式數顯扭矩扳手數顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺栓的裝配扭矩。量程2~500N·m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。應變式數顯扭矩扳手數顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機、41應變式數顯扭矩扳手（續(xù)）應變式數顯扭矩扳手（續(xù)）42壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴散工藝制作43壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片44壓阻式固態(tài)壓力傳感器內部結構信號處理電路p壓阻式固態(tài)壓力傳感器內部結構信號45小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進氣口低壓進氣口小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進氣口低壓進氣口46小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設備p1進氣管p2進氣管電纜引出小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設備47小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進氣管小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進氣管48汽車子午線輪胎胎壓的測量子午線輪胎汽車胎壓傳感器的安裝汽車子午線輪胎胎壓的測量子午線輪胎汽車胎壓傳感器49投入式液位計

壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力。硅杯不與液體相通，耐腐蝕。

投入式液位計壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進氣孔用50投入式液位計外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器

與水位成正比的光柱

橡膠背壓管

進水孔投入式液位計外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器與水位成正51投入式液位傳感器

投入式液位傳感器必須使用安裝支架，適應于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質的水或其他液體的液位測量。投入式液位傳感器投入式液位傳感器必須使用安裝支52電阻應變儀下圖所示的靜態(tài)應變儀測量范圍：±19999με；分辨率：1με；電橋電壓：直流2.5V；

應變片：120Ω或其他阻值；測量點數：8/16點；電阻應變儀下圖所示的靜態(tài)應變儀測量范圍：±1953電阻應變儀（續(xù)）

右圖所示的靜動態(tài)應變儀技術指標：量程：1±10000με頻率范圍：0～150kHz平衡方式：手動精度：0.3%零點飄移和靈敏度變化：

±0.1με/℃

±0.5με/24小時信噪比：52dB（參考東方振動和噪聲技術研究所資料）電阻應變儀（續(xù)）右圖所示的靜