傳感器與檢測技術---第3章電阻應變式傳感器(編輯修改稿)
2024-11-14 11:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 B+ΔRBt)R3]=0 (3 25) 第 3章 應變式傳感器 若此時被測試件有應變 ε的作用 , 則工作應變片電阻 R1又有新的增量 ΔR1=R1Kε, 而補償片因不承受應變 , 故不產(chǎn)生新的增量 , 此時電橋輸出電壓為 Uo = AR1R4Kε （ 3 26） 由上式可知 , 電橋的輸出電壓 Uo僅與被測試件的應變 ε有關 , 而與環(huán)境溫度無關 。 第 3章 應變式傳感器 應當指出 , 若實現(xiàn)完全補償 , 上述分析過程必須滿足四個條件 : ① 在應變片工作過程中 , 保證 R3 =R4。 ② R1和 RB兩個應變片應具有相同的電阻溫度系數(shù) α, 線膨脹系數(shù) β, 應變靈敏度系數(shù) K和初始電阻值 R0。 ③ 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣 , 兩者線膨脹系數(shù)相同 。 ④ 兩應變片應處于同一溫度場 。 第 3章 應變式傳感器 (2) 應變片的自補償法 利用自身具有溫度補償作用的應變片 , 稱之為溫度自補償應變片 。 由 得知 ， 要實現(xiàn)溫度自補償 , 只要選取敏感柵的電阻溫度系數(shù) ， 就可使 ttKR R sg ??????? ???? )]([ 000)(00 sgK ??? ???0)]([ 000???? tKR R sg ????? （ 3 27） 從而達到自動補償?shù)哪康摹? 第 3章 應變式傳感器 上式表明 , 當被測試件的線膨脹系數(shù) βg已知時 , 如果合理選擇敏感柵材料 , 即合理選擇電阻溫度系數(shù) α0、 靈敏系數(shù) K0和線膨脹系數(shù) βs, 使式 （ 3 27） 成立 , 則不論溫度如何變化 , 均有 ΔR/ R0=0, 從而達到溫度自補償?shù)哪康?。 第 3章 應變式傳感器 電阻應變片的測量電路 由于機械應變一般都很小 , 要把微小應變引起的微小電阻變化測量出來 , 同時要把電阻相對變化 ΔR/R 轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化 。 因此 , 需要有專用測量電路用于測量應變變化而引起電阻變化的測量電路 , 通常采用 直流電橋 和 交流電橋 。 一 、 直流電橋 1. 電橋 如下圖 3 5 所示 , E為直流電源 , R R R3及 R4為橋臂電阻 , RL為負載電阻 。 第 3章 應變式傳感器 第 3章 應變式傳感器 )(4332110 RRRRRREU????（ 328） 當電橋平衡時 , U0=0, 則有 R1R4 = R2R3 或 4321RRRR ?（ 329） 式 （ 3 29） 稱為電橋平衡條件 。 這說明欲使電橋平衡 , 其相鄰兩臂電阻的比值應相等 , 或相對兩臂電阻的乘積相等 。 當 RL=∞時 第 3章 應變式傳感器 2. R1為電阻應變片 ， R2, R3, R4為電橋固定電阻 ， 這就構成了單臂電橋 。 應變片工作時 , 其電阻值變化很小 , 電橋相應輸出電壓也很小 , 一般需要加入放大器放大 。 由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多 , 所以此時仍視電橋為開路情況 。 當產(chǎn)生應變時 , 若應變片電阻變化為 ΔR, 其它橋臂固定不變 , 電橋輸出電壓 Uo≠0。 此時 ， 電橋不平衡輸出電壓 第 3章 應變式傳感器 )1)(1())(()(34121111344321141433211110RRRRRRRRRRERRRRRRRERRRRRRRREU??????????????????????? 設橋臂比 R2/R1=n, 由于 ΔR1R1, 分母中 ΔR1/R1可忽略 , 并考慮到平衡條件 R2/R1= R4/R3, 則式 （ 3 30） 可寫為 1120 ))1(( RRnnEU ???（ 3 30） （ 3 31） 即 U0與 ΔR1/R1近似成線性關系 第 3章 應變式傳感器 電橋電壓靈敏度 KU 定義為 EnnRRUKU 2110)1( ??? ? 從式 （ 3 32） 分析發(fā)現(xiàn) : ① 電橋電壓靈敏度 KU 正比于電橋供電電壓 E, 供電電壓越高 , 電橋電壓靈敏度越高 , 但供電電壓的提高受到應變片允許功耗的限制 , 所以要作適當選擇 。 ② 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值 n的函數(shù) , 恰當?shù)剡x擇橋臂比 n的值 , 可保證電橋具有較高的電壓靈敏度 。 （ 3 32） 第 3章 應變式傳感器 解之 ， 得 n=1時 , KU 為最大值 。 即當 R1=R2=R3=R4時 , 電橋電壓靈敏度最高 ， 此時有 0)1( 1 3 ???? nndndK URREUo14???4EKU ?當 E值確定后 , n取何值時 KU 最高？ 得：＝令： 0dnKd U（ 3 33） （ 3 35） （ 3 34） 第 3章 應變式傳感器 3. 非線性誤差及其補償方法 由式 （ 3 31） 求出的輸出電壓是略去分母
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