傳感器與檢測技術(shù)---第3章電阻應(yīng)變式傳感器(參考版)
2024-10-21 11:14本頁面
【正文】 但它有溫度系數(shù)大 , 應(yīng)變時 ， 非線性比較嚴(yán)重等缺點 。 所謂 壓阻效應(yīng) ， 是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時 , 其電阻率 ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象 。 應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊 , 一般適用頻率為 10～ 60Hz范圍 。 測量時 , 將傳感器殼體與被測對象剛性連接 , 當(dāng)被測物體以加速度 a 運動時 , 質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用 , 使懸臂梁變形 , 該變形被粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變 , 從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化 。 第 3章 應(yīng)變式傳感器 等強度梁上粘貼四個電阻應(yīng)變敏感元件 4。 其基本工作原理是 : 物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比 , 與物體的質(zhì)量成反比 , 即 a = F/m。 將其上兩個傳感器 Rt的電橋接成正向串接的雙電橋電路 , 則輸出電壓為 ghKKUUU ?)( 21210 ????第 3章 應(yīng)變式傳感器 式中 ， K K2為傳感器系數(shù) 由于 hρg表征著感壓膜上面液體的重量 ， 對于等截面的柱式容器有： 式中 ， Q——容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量 A——柱形容器的截面積 將上兩式聯(lián)立 , 得到容器內(nèi)感壓膜上面溶液重量與電橋輸出電壓之間的關(guān)系式為 AQgh ??AQKKU )( 210?? （ 3 56） 第 3章 應(yīng)變式傳感器 上式表明 , 電橋輸出電壓與柱形容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量呈線性關(guān)系 , 因此用此種方法可以測量容器內(nèi)儲存的溶液重量 。 下端安裝感壓膜 , 感壓膜感受上面液體的壓力 。 三 、 應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器 圖 3 12 是插入式 測量容器內(nèi)液體重量 傳感器示意圖 。 由應(yīng)力分布圖可知 , 膜片彈性元件承受壓力 p 時 , 其應(yīng)變變化曲線的特點為：當(dāng) x=0 時 , εrmax=εtmax；當(dāng) x = R 時 ， εt= 0, εr=2εrmax。 R, h——膜片的半徑和厚度 。 。 二 、 應(yīng)變式壓力傳感器 主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力 。 （ 3 50） （ 3 – 51） 第 3章 應(yīng)變式傳感器 由圖 3 10（ b） 的應(yīng)力分布可以看出 , R2應(yīng)變片所在位置應(yīng)變?yōu)榱?。 E——材料彈性模量 。 EbhFRA 2???EbhFRB 2??式中 : h——圓環(huán)厚度 。 與柱式相比 , 應(yīng)力分布變化較大 , 且有正有負(fù) 。 第 3章 應(yīng)變式傳感器 1. 柱 （ 筒 ） 圖 3 9 所示 為柱式 、 筒式力傳感器 , 應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分 , 對稱地粘貼多片 , 電橋接線時應(yīng)盡量減小載荷偏心和彎矩的影響 , 貼片在圓柱面上的位置及其在橋路中的連接如圖 3－ 9（ c） 、 （ d） 所示 , R1和 R3串接 , R2和 R4串接 , 并置于橋路對臂上以減小彎矩影響 , 橫向貼片作溫度補償用 。 其主要用于各種電子稱與材料試驗機的測力元件 、 發(fā)動機的推力測試 、 水壩壩體承載狀況監(jiān)測等 。 若電橋平衡時 ， 取 Z1=Z2=Z3=Z4=Z0。 為此在橋路上除設(shè)有電阻平衡調(diào)節(jié)外還設(shè)有電容平衡調(diào)節(jié) 。 圖 3 7 所示 為半橋差動交流電橋得一般形式 。 由式 （ 3 40） 可知 , U0與 （ ΔR1/R1） 呈線性關(guān)系 , 差動電橋無非線性誤差 , 而且電橋電壓靈敏度 KU=E/2， 比單臂工作時提高一倍 , 同時還具有溫度補償作用 。 ② 利用差動電橋 ， 見圖 3－ 6所示 。 若 K=130, ε=1 １ 03時 , ΔR1/R1=, 則得到非線性誤差為 6%, 故當(dāng)非線性誤差不能滿足測量要求時 , 必須予以消除 。 （ 3 32） 第 3章 應(yīng)變式傳感器 解之 ， 得 n=1時 , KU 為最大值 。 此時 ， 電橋不平衡輸出電壓 第 3章 應(yīng)變式傳感器 )1)(1())(()(34121111344321141433211110RRRRRRRRRRERRRRRRRERRRRRRRREU??????????????????????? 設(shè)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(guān)系 第 3章 應(yīng)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(yīng)變片允許功耗的限制 , 所以要作適當(dāng)選擇 。 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(dāng) RL=∞時 第 3章 應(yīng)變式傳感器 2. R1為電阻應(yīng)變片 ， R2, R3, R4為電橋固定電阻 ， 這就構(gòu)成了單臂電橋 。 第 3章 應(yīng)變式傳感器 第 3章 應(yīng)變式傳感器 )(43321
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