1、3.1電阻應變片式傳感器及應用,電阻應變測量原理，是以電阻應變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發(fā)生應變，應變片也隨之變形而使應變片的電阻發(fā)生變化，再由專用儀器測得應變片的電阻變化大小，并轉換為測點的應變值。,導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現象， 稱為電阻應變效應,金屬應變片有:絲式和箔式 優(yōu)點:穩(wěn)定性和溫度特性好. 缺點:靈敏度系數小.,應變效應：,1、分類,應變片的材料選擇： 1、K應盡量的大，并在應變范圍內保持常數。 2、電阻率要大，使得應變片柵狀總長減小 3、電阻溫度系數要小，使得應變片受發(fā)熱影響小。 4、優(yōu)良加工焊接性能，使應變片拉壓自如,主要特性參

2、數：,1、靈敏系數： 表示單位應變的電阻相對變化率。,3、初始電阻：自由狀態(tài)下的應變片阻值，一般有：60，90,120，200,300,500,1000 4、允許電流：流過應變片的阻值應小于25mA 5、其他常數：如：橫向效應，零漂，機械滯后,6、最高使用溫度,所以溫度變化會對應變片的測量帶來誤差。 解決的辦法就是在測量電路中加入溫度補償環(huán)節(jié)。,二、測量電路,應變片可以把應變轉換為電阻的變化，為了顯示和記錄應變大小，還需要把電阻變化再轉換為電壓或電流的變化。,由于應變信號一般都很微弱，故采用電橋來測量,1、直流電橋不平衡輸出,測量前應使電橋平衡，使Uo=0，即：,橋式電路中，四個電阻的任何一個

3、都可以是應變片電阻,特點：相鄰相減，相對相加,例題1：,R1,R2,R3,R4,例題2：如圖所示，測量一個懸臂梁受力情況，若測量電路已經確定 試擺放4個應變片的位置,R1,R2,R3,R4,2、應變片電橋的一般組成,1）單臂工作：,以上說明：單臂工作時，輸出電壓與應變片電阻變化率之間是近似的線性關系，實際上是非線性關系。這會帶來非線性誤差。,若將輸出電壓的式子用泰勒級數展開,2）雙臂工作（差動半橋）,通過上式，說明雙臂工作時，如果差動雙臂應變大小一致（極性相反），則不存在（或很小的）非線性誤差，并可起到溫度補償作用。,3）三臂工作（同理） 4）四臂工作（同理）,3、其他問題,1）電橋的平衡點的

4、調整,自由狀態(tài)下進行,串聯,并聯,2）溫度補償：采用半橋或全橋,3）應變自補償,四、半導體應變片 金屬電阻應變片的缺點是靈敏系數低（k一般為2.03.6），半導體應變片k比金屬電阻高約50倍。 1、工作原理：（壓阻效應）,對半導體來說：當某一軸向施加一定應力，電阻率發(fā)生變化稱為壓阻效應，不同類半導體，不同加力方向，壓阻效應不一樣。,半導體應變片靈敏度高，K100可不用放大器， 但半導體應變片有明顯缺點：阻值，靈敏度等隨溫度變化大，非線性大，所以使用時應采取溫度補償和非線性補償措施。,案例：橋梁固有頻率測量,原理 在橋中設置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進行激勵，再通過應變片測量橋梁動

5、態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。,電阻應變片傳感器應用,案例：電子稱,原理 將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。,四、應變效應的應用,電阻應變片的應用可分為兩大類： 第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉換電路，這樣就構成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體。傳感元件就是應變片，測量轉換電路一般為橋路； 第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。,應變式力傳感器,S型力傳感器,F,F,F,F,各種懸臂梁,各種懸臂梁,F,F,固定點,固定點,電纜,應變片在懸臂梁上的粘貼及變形,

6、應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置,F,應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,荷重傳感器原理演示,貼在荷重傳感器表面的應變片在向下力的作用下產生變形。軸向變短，徑向變長。,汽車衡,測量裝貨量或 判斷超載,汽車衡稱重系統（參考北京遠亞興業(yè)商貿有限公司資料 ）,荷重傳感器用于構件的稱重,荷重傳感器 （共 3個，120度分布，以達到均衡目的，另兩個未拍出）,底座,墊塊,電纜,電子秤,磅秤,超市打印秤,遠距離顯示,電子天平,電子天平的精度可達十萬分之一,人體秤,怎樣改造，才能適合盲人使用？,吊鉤秤,便攜式,如何將信號傳送到計算機中？,電子秤中

7、的各類彈性元件,應變式數顯扭矩扳手,數顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺栓的裝配扭矩。量程2500Nm，耗電量10mA，有公制/英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。,應變式數顯扭矩扳手（續(xù)）,壓阻式固態(tài)壓力傳感器 利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。,壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片,隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片 隔離開來。,壓阻式固態(tài) 壓力傳感器 內部結構,信號處理電路,p,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器,高壓進氣口,低壓進氣口,小型壓阻式固態(tài)差

8、壓傳感器（續(xù)）,可用于呼吸、透析和注射泵等設備,p1進氣管,p2進氣管,電纜引出,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,表壓壓力傳感器,p1進氣管,汽車子午線輪胎胎壓的測量,子午線輪胎,汽車胎壓傳感器 的安裝,投入式液位計,壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力。硅杯不與液體相通，耐腐蝕。,投入式液位計外形（續(xù)）,壓阻式固態(tài)壓力傳感器,與水位成正比的光柱,橡膠 背壓管,進水孔,投入式液位傳感器,投入式液位傳感器必須使用安裝支架，適應于深度為 幾米 至 幾十米，且混有 大 量 污物、雜質的水或其他液體的液位測量。,電阻應變儀,下圖所示的靜態(tài)應變儀測量范圍：19999； 分辨率： 1 ；電橋電壓：直流2.5V； 應變片：120或其他阻值； 測量點數：8/16點；,電阻應變儀（續(xù)）,右圖所示的靜動態(tài) 應變儀技術指標： 量程：110000 頻率范圍：0150kHz 平衡方式：手動 精度：0.3% 零點飄移和靈敏度變化：0.1 / 0.5 /24小時 信