電橋在應(yīng)變式傳感器中的應(yīng)用研究與分析畢業(yè)論文-文庫(kù)吧
2025-06-09 16:37 本頁(yè)面
【正文】 ?? Y 結(jié)論 ???????????????????????????????? Y 致謝 ???????????????????????????????? Y 參考文獻(xiàn)????? ????????????????????????? Y 附錄 A （必要時(shí)） ?????????????????????? Y 附錄 B （必要時(shí)） ?????????????????????? Y 圖 1 （必要時(shí)） ?????????????????????? Y 圖 2 （必要時(shí)） ?????????????????????? Y 表 1 （必要時(shí)） ?????????????????????? Y 表 2 （必要時(shí)） ???????????????? ?????? Y 注： 1. 目次中的內(nèi)容一般列出“章”、“條”二級(jí)標(biāo)題即可； 2． Y 表示具體的阿拉伯?dāng)?shù)字； 3. 目錄前的頁(yè)碼采用羅馬數(shù)字。列如： I、 II??。 1 1 引言 傳感器技術(shù)是在 20 世紀(jì)的中期才剛剛問(wèn)世的 。在那時(shí)，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都還比較落后 ，不少先進(jìn)的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒(méi)有投入到實(shí)際生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用中，轉(zhuǎn)化率比較低。在國(guó)外，傳感器技術(shù)主要是在各國(guó)不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪 潮下誕生的，并在早期多用于國(guó)家級(jí)項(xiàng)目的科研研發(fā)以及各國(guó)軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗(yàn)研究。然而，隨著各國(guó)機(jī)械工業(yè)、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國(guó)家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ，傳感器技術(shù) 已在國(guó)際市場(chǎng)中逐步占有了重要的份額。隨著傳感器技術(shù)的日益發(fā)展，電橋作為信號(hào)轉(zhuǎn)換的重要橋梁，也越來(lái)越多的在傳感器中得到應(yīng)用與發(fā)展，而且顯示出越來(lái)越重要的作用。 1． 1 傳感器 傳感器的定義 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置， 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸?shù)臏y(cè)量的電信號(hào)部分。 傳感器的分類 傳感器的種類繁多，不勝枚舉。傳感器的分類方法很多，主要有以下幾種。 按輸入量分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等；按工作原理分為應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等；按輸出信號(hào)分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。 傳感器的地位 與發(fā)展 人類社會(huì)已進(jìn)入信息時(shí)代，人們的社會(huì)活動(dòng)主要依靠對(duì)信息資 源的開發(fā)及獲取、傳輸與處理。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口地位，即檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息，狗咬通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換為容易輸入與處理的電信號(hào)，所以傳感器的作用與地位特別重要。 2 傳感器技術(shù)所涉及的知識(shí)非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。但是它們的共性是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物特性，將非電量轉(zhuǎn)換成電量。所以，如何采用新技術(shù)、新工藝、新材料以及探索新理論達(dá)到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換是總的發(fā)展途徑。 應(yīng)變式電阻傳感器 在 幾何量和機(jī)械量測(cè)量中，最常用的傳感器是某些金屬和半導(dǎo)體制成的應(yīng)變片式傳感器。應(yīng)變片式電阻傳感器是以應(yīng)變片為傳感元件的傳感器。 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 設(shè)有一根電阻絲，它在未受力里的原始電阻值為 R= Sl? 式中 ? —— 電阻絲的電阻率 l —— 電阻絲的長(zhǎng)度 S—— 電阻絲的截面積 電阻絲在外力 F作用下，將引起電阻變化▽ R，且有 R l S=+R l S? ? ? ??? ? 令電阻絲 的軸向應(yīng)變?yōu)?ll??? ， 徑向應(yīng)變?yōu)?rr? ,由材料力學(xué)可知 rr? ()ll? ?? ? ? ???， ? 為電阻絲材料的泊松系數(shù)， 經(jīng)整理可得 (1 2 )RR? ? ? ? ? ? ?? ? 通常把單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，其表達(dá)式為 0RRK (1 2 )???? ? ?? ? ? ?? 從上式可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù) 0K 由兩部分組成：（ 1+2? ）表示 受力后由材 料的幾何尺寸變化引起的； ???? 表示由材料電阻率變化引起的。對(duì)于金屬材料， 3 ???? 項(xiàng) 的值 要小得多，可以忽略，故 0 12? ? ? ? 。 大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比 例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即 0K =~，0R KR? ?? 應(yīng)變式電阻傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 精度高，測(cè)量范圍廣 （ 2）使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定可靠 （ 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，重量輕，因此在測(cè)試時(shí)，對(duì)工件工作狀態(tài)及應(yīng)力 分析影響小。 同時(shí)也存在一些缺 點(diǎn)，如在大應(yīng)變狀態(tài)下具有較大非線性，輸出信號(hào)微弱， 不適用于高溫環(huán)境等。 電橋 電橋的定義及分類 一般地，被測(cè)量是非常微弱的，必須用專門的電路來(lái)測(cè)量這種微弱的變化，最常用的電路就是各種電橋電路，主要有直流和交流電橋電路。 電橋又分為單臂電橋、半橋和全橋，其靈敏度依次提高。根據(jù)使用電源的不同，分為直流和交流電橋。 幾種電橋電路的理論分析 4 （ 1） 單臂電橋 只接入一個(gè)應(yīng)變電阻片， 其余為固定電阻。 設(shè)電橋的橋臂比為 nRRRR ?? 2314 ， 根據(jù)電橋的工作原理， 并忽略一些極小的無(wú)影響的量， 可以得到輸出電壓的表達(dá)式為11)1( 2 RRnnUV ??????? ?? ， 同時(shí)得到單臂電橋靈敏度表達(dá)式2)1(/ nnURRVk v ????=4U 單臂電橋的實(shí)際輸出電壓與電阻變化的關(guān)系是非線性的， 存在非線性誤差， 故不常使用。 （ 2） 半橋 如圖， 接入
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