【正文】 圖 35組合式自補償方法之一 23 2022/5/24 （ 2） 線路補償法 ?常用的線路補償法是利用電橋進行補償。這兩種溫度系數(shù)可以是相同符號，也可以是不同符號。 ? 這種自補償應(yīng)變片容易加工，成本低，缺點是只適用特定的被試件材料，溫度補償范圍也較窄。該誤差對于測量精度影響極大，必須采取一定的補償方法進行溫度補償。 20 2022/5/24 2. 電阻應(yīng)變片溫度誤差及補償 ?由于外界溫度變化而給電阻應(yīng)變片測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 19 2022/5/24 ? 7）應(yīng)變片的電阻值 指應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力的情況下，在室溫條件下測得的電阻值。但工作電流過大，會使應(yīng)變片過熱，靈敏度系數(shù)發(fā)生變化，零漂及蠕變增加。 ? 最大工作電流 是指已安裝的應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流。通常要求 Rm在 50MΩ ～ 100MΩ 以上。 ? 對于已安裝的應(yīng)變片，在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù) N稱為應(yīng)變片的 疲勞壽命 。溫度變化對電阻應(yīng)變片的影響是多方面的，這里僅考慮兩種主要影響： 一是當(dāng)環(huán)境溫度變化 Δt 時，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù) αt 的存在，引起電阻的相對變化； 二是當(dāng)環(huán)境溫度變化 Δt 時，由于敏感材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的形變，從而引起電阻的相對變化。一般來說，蠕變的方向與原來應(yīng)變量變化的方向相反。 i?m?m??15 2022/5/24 （ 3）電阻應(yīng)變傳感器主要特性 ?3) 零漂和蠕變 已粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定，試件上沒有機械應(yīng)變的情況下，應(yīng)變片的指示會隨著時間增長而逐漸變化，這就是應(yīng)變片的零點漂移，簡稱零漂 。 14 2022/5/24 （ 3）電阻應(yīng)變傳感器主要特性 ?2) 機械滯后 應(yīng)變片安裝在試件上以后，在一定的溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變ε i與試件機械應(yīng)變 ε m應(yīng)該是一個確定關(guān)系，但實驗表明，在加載和卸載過程中，對同一機械應(yīng)變量，兩過程的特性曲線并不重合，卸載時的指示應(yīng)變高于加載時的指示應(yīng)變，如圖 33所示，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的 機械滯后 。 引出線覆蓋層電阻絲基片lb13 2022/5/24 （ 3）電阻應(yīng)變傳感器主要特性 ?1) 靈敏系數(shù) K 當(dāng)具有初始電阻值 R的應(yīng)變片粘貼于試件表面時，試件受力引起的表面應(yīng)變，將傳遞給應(yīng)變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對變化 ΔR/R 。 12 2022/5/24 （ 2）應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) ?常用的金屬應(yīng)變片分為電阻絲應(yīng)變片和箔式應(yīng)變片。 ?因此，由式（ 35）可知，當(dāng)金屬電阻絲受到外界應(yīng)力的作用時，其電阻的變化與受到應(yīng)力的大小成正比。 11 2022/5/24 ?由式 (34)可知，電阻絲的靈敏系數(shù)受兩個因素的影響：一是 (1+2μ )，它是由電阻絲幾何尺寸改變引起的，對某種材料來說，它是常數(shù)；另一個是（ Δρ/ρ） /ε，對于同一種金屬材料，其值也是常數(shù)，但比 (1+2μ )小很多，可以忽略，故 k0≈1+2μ。幾何尺寸的變化引起電阻值的變化，電阻值相應(yīng)變化為 ΔR，其電阻的相對變化量為 : R L SR L S??? ? ? ?? ? ? (32) 經(jīng)過整理，可得下式 : ( 1 2 )RR??????? ? ?(33) 10 2022/5/24 ? 式中， μ為為泊松比，定義為材料在單向受拉或受壓時，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對值的比值。 圖 31金屬電阻絲伸長后幾何尺寸變化 8 2022/5/24 ?設(shè)有一根電阻絲，如圖 31所示，它在未受到外力作用時的初始電阻為 （ 31） 式中， ρ—— 電阻絲的電阻率； L—— 電阻絲的長度； S—— 電阻絲的截面積。金屬電阻應(yīng)變傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、使用方便、動態(tài)性能好等特點，被廣泛應(yīng)用于測量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)。當(dāng)彈性元件感受被測物理量時，其表面產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生應(yīng)變，其阻值將隨著彈性元件的應(yīng)變而變化。2022/5/24 1 實用傳感器技術(shù)教程 2 2022/5/24 壓電式傳感器 第 3章 力與壓力測量傳感器 電阻式壓力傳感器 集成壓力傳感器 差動變壓器式傳感器 力與壓力測量傳感器性能比較 壓磁式傳感器 3 2022/5/24 ?本章要點 ?電阻式、壓電式、差動變壓器式、壓磁式與集成式壓力傳感器等壓力測量傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理 ?壓力測量傳感器的特性參數(shù)、測量電路與溫度補償方法 ?壓力測量傳感器性能及應(yīng)用范圍比較 ?壓力測量傳感器應(yīng)用實例 4 2022/5/24 電阻式壓力傳感器 金屬電阻應(yīng)變式傳感器是利用 應(yīng)變效應(yīng) 原理制成的一種測量微小機械變化量的傳感器。它是由 彈性元件和 電阻應(yīng)變片 構(gòu)成。通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值，可以用來測量被測的物理量。 5 2022/5/24 6 2022/5/24 7 2022/5/24 傳感器基本概念 1. 電阻應(yīng)變片原理及主要特性 （ 1）工作原理 L2 r 2 ( )rr ??L?F 金屬導(dǎo)體材料在受到外界力作用時，將產(chǎn)生機械變形，機械變形會導(dǎo)致其電阻值變化，這種因形變而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象被稱為 “ 應(yīng)變效應(yīng) ” 。 LRS??9 2022/5/24 ?當(dāng)電阻絲在外力 F的作用下被拉伸 (或壓縮 )，則其 ρ、 L、 S均發(fā)生變化，變化量分別為 Δρ、 ΔL、 ΔS。如果令 : 0 12k ??? ??? ? ? (34) 則有 : 0R kR ?? ? (35) 式中， ε =Δ L/L為金屬導(dǎo)體電阻絲的縱向應(yīng)變； k0為電阻絲的靈敏系數(shù)，即單位應(yīng)變所引起的電阻的相對變化。 理論與實驗證明，對于每一種電阻絲，在一定的相對變形范圍內(nèi)，金屬材料的靈敏系數(shù) k0將保持不變。即 金屬導(dǎo)體電阻絲的電阻的相對變化率與電阻絲的應(yīng)變呈線性關(guān)系變化 ，這就是金屬電阻應(yīng)變式的工作原理。它們基本結(jié)構(gòu)大體相同，由敏感柵、基底、覆蓋層、引線和黏結(jié)劑組成。實驗表明，在一定應(yīng)變范圍內(nèi) ΔR/R 由下式確定： R KR?? ?式中 :ε 為應(yīng)變片的縱向應(yīng)變； K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。加載和卸載特性曲線之間的最大差值 Δ ε m稱為應(yīng)變片的機械滯后值。 已粘貼的應(yīng)變片，溫度保持恒定，在承受某一