[工學(xué)]第四章傳感器-展示頁(yè)
2025-01-13 21:44本頁(yè)面
【正文】 o若 Δ R1=Δ R2， R1=R2， R3=R4，則得 112 RREUo??可知： Uo與 Δ R1/R1成線性關(guān)系 ， 無(wú)非線性誤差 ， 而且電橋電壓靈敏度 KU=E/2， 是單臂工作時(shí)的兩倍 。 3. 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 1. 直流電橋平衡條件 ???????????? 433211RRRRRREUoR1R2R4R3ACBEDIoRLUo＋－圖 5 直流電橋 當(dāng) RL→∞ 時(shí) ， 電橋輸出電壓為 當(dāng)電橋平衡時(shí)， Uo=0，則有 R1R4=R2R3 或 4321RRRR ?電橋平衡條件： 欲使電橋平衡 ， 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等 ， 或相對(duì)兩臂電阻的乘積應(yīng)相等 。 ④ 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。 ② R1和 RB兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) α 、 線膨脹系數(shù) β 、 應(yīng)變靈敏度系數(shù) K和初始電阻值 R0。 1) 電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的線路補(bǔ)償 。 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面 。 其表達(dá)式為 ?????dRdRK ???? 21?????dRdR??? )21( 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高 50～ 80倍 ， 但半導(dǎo)體材料的溫度系數(shù)大 ， 應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重 ， 使它的應(yīng)用范圍受到一定的限制 。 一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為： 圖 1 金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng) F? l? rrlFAlR ?? 當(dāng)電阻絲受到拉力 F作用時(shí) ， 將伸長(zhǎng) Δ l， 橫截面積相應(yīng)減小 Δ A， 電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了 Δ ρ ， 從而引起電阻值變化量為 ??dAdAldlRdR ???式中： dl/l—— 長(zhǎng)度相對(duì)變化量，用應(yīng)變 ε 表示為 ldl??2lld R d d l d AA A A??? ?＝ ＋電阻相對(duì)變化量： dA/A—— 圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量 ， 設(shè) r為電阻絲的半徑 ， 微分后可得 dA=2π r dr， 則 rdrAdA 2?材料力學(xué)：在彈性范圍內(nèi) ， 金屬絲受拉力時(shí) ， 沿軸向伸長(zhǎng) ， 沿徑向縮短 ， 軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為 ??? ???? ldlrdrμ 為電阻絲材料的泊松比， 負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。輸出的電量大小反映被測(cè)量的大小。第四章 傳感器 基本要求 ? 掌握傳感器的基本特性和工作原理 ? 了解各類傳感器的典型應(yīng)用 167。 應(yīng)變式傳感器 1. 2. 3. 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 4. 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 1. 工作原理 ? 應(yīng)變 – 物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象 ? 彈性應(yīng)變 – 當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變 ? 彈性元件 – 具有彈性應(yīng)變特性的物體 ? 工作原理： 當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈性元件 在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的 應(yīng)變片 ，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測(cè)量電路變成電量輸出。 ?電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng) ?即 導(dǎo)體 或 半導(dǎo)體 材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí) ， 其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化 ， 這種現(xiàn)象稱為 “ 應(yīng)變效應(yīng) ” 。 推得： 定義： 電阻絲的靈敏系數(shù) （ 物理意義 ） ：?jiǎn)挝粦?yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量 。 ?應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 圖 2 金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 引線 覆蓋層 基片電 阻 絲 式敏 感 柵lb絲式 箔式 圖3 常用應(yīng)變片的形式 2. 1） . 應(yīng)變片的溫度誤差 由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差 ， 稱為應(yīng)變片的溫度誤差 。 a. b. 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 2. 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類 。 圖 4 電橋補(bǔ)償法 R1R3RBR4Uo R 1RB( a ) ( b )R1— 工 作 應(yīng) 變片 ； RB— 補(bǔ) 償 應(yīng) 變片F(xiàn) F~U ?注意補(bǔ)償條件： ① 在應(yīng)變片工作過程中 ， 保證 R3=R4。 ③ 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣 ， 兩者線膨脹系數(shù)相同 。 2) 利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片來(lái)補(bǔ)償?shù)?。 圖 6 差動(dòng)電橋 R1＋ ? R1R4R3A CBEDR2－ ? R2Uo( a )R1＋ ? R1A CBEDR2－ ? R2Uo( b )R3－ ? R3R4＋ ? R4＋－＋－?減小和消除非線性誤差的方法 半橋差動(dòng) ：在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片 ， 一個(gè)受拉應(yīng)變 ， 一個(gè)受壓應(yīng)變 ，
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