电桥应变片.ppt

第二章电阻型传感器与测量电路电位器式传感器通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值。图2-1电位器的结构类型
（a）直线位移型；（b）角位移型；（3）非线性型
电位器式传感器分为直线位移型、角位移型和非线性型等，如图2-1所示。不管是哪种类型的传感器，都由线圈、骨架和滑动电刷等组成。线圈绕于骨架上，电刷可在绕线上滑动，当滑动电刷在绕线上的位置改变时，即实现了将位移变化转换为电阻变化。2.2.2电位器式传感器的测量电路2.2.3新型电位器介绍2.3应变式传感器2.3.2电阻应变片的结构箔式应变片如图2-4(b)、(c)、(d)所示，它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003～0.01mm之间。与丝式应变片相比其表面积大，散热性好，允许通过较大的电流。由于它的厚度薄，因此具有较好的可挠性，灵敏度系数较高。箔式应变片还可以根据需要制成任意形状，适合批量生产。2.3.3电阻应变片的粘贴技术2.3.4电阻应变片的特性及参数（3）最大工作电流
最大工作电流是指允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值。当应变片接入测量电路后，在敏感栅中要流过一定的电流，此电流使得应变片温度上升，从而影响测量精度，甚至烧毁应变片。通常在静态测量时，允许电流一般规定为25mA，动态测量时可达75～100mA；箔式应变片可更大些。
（4）横向效应
应变片受力时，不仅构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，而且其垂直于应变片轴向的横向应变εr，也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化。应变片的这种既受轴向应变影响又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。
通过公式推导以及大量的实验数据证明：敏感栅越窄(r愈小)、基长越长(L愈大)的应变片其横向效应引起的误差越小。（5）迟滞
应变片粘贴在被测试件上以后，在一定温度下，应变片电阻相对变化εi(ΔR／R)与试件机械应变εm(ΔL／L，实际应变)之间加载和卸载的特性曲线并不重合，这种现象称为应变片的迟滞。加载和卸载特性曲线之间的最大差值△ε称为最大迟滞误差。
（6）零飘与蠕变
对于粘贴好的应变片，当温度恒定、不承受应变时，其电阻值随时间的变化而变化的特性，称为应变片的零点漂移，简称零漂。如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间的变化而变化的特性称为蠕变。
实验证明，选用弹性模量较大的粘结剂和基底材料，适当减小胶层和基底的厚度，并使之充分固化，有利于蠕变性能的改善。（7）应变极限
应变片电阻的相对变化与所承受的轴向应变成正比这一关系只在一定的范围内成立，当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变片的输出特性将出现非线性。在恒温条件下，使非线性误差达到10％时的真实应变值，称为应变极限。应变极限是衡量应变计测量范围和过载能力的指标。
（8）温度误差
在采用应变片进行应变测量时，希望它的阻值变化只与应变有关，而不受其他因素的影响。但是在应变片的实际应用中，温度变化会导致应变片电阻变化，将会给测量带来误差。温度变化导致电阻变化的主要原因有两个，一是在温度变化时，敏感栅的电阻丝阻值随温度变化而变化；另一个是试件材料和敏感栅材料线膨胀系数不一致时，环境温度变化会使敏感栅产生附加变形，其电阻值也会改变。2.3.5电阻应变片的测量转换电路1．电桥的工作原理
图2-5是直流电桥的基本形式。Rl、R2、R3、R4称为桥臂电阻，Ei为电桥激励电压源。
当电桥输出端b、d接入输入阻抗较大的仪表或放大器时，可视为开路，输出电流为零，输出电压为Eo。此时输出电压式(2-10)是直流电桥的平衡条件。适当选择各桥臂的电阻值，可使电桥测量前满足平衡条件，输出电压E0=0。实际的测量电桥往往取4个桥臂的初始电阻相等，即
R1=R2=R3=R4=R
称为全等臂电桥。若桥臂电阻R1(如电阻应变片)产生ΔR变化，输出电压若电桥初始处于平衡状态，当各桥臂电阻均发生不同程度的微小变化ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4时，电桥就失去平衡，此时输出电压2．电桥的连接方式（2）差动半桥
差动半桥利用了相邻相减的特性，将2个相邻的应变片布置在受力变形相反的地方，形成电压差动方式。
如图2-7所示，R1、R2为应变片，发生应变时，其ΔR的变化是相反的，因此电桥输出电压为：(3)差动全桥
差动全桥是使用最多的测量电路，有最高的测量灵敏度，而且自然地形成了温度补偿。如图2-8所示，4个应变片都是测量片，R1、R3与R2、R4的应变相反。电桥输出电压为：（4）双臂半桥
在某些场合，难以构建全桥测量电路，如图2-9所示。这种情况下，构建双臂半桥就是必然的。双臂半桥的电压输出与差动半桥一样，同式（2-15）。图2-10直流电桥的调零2.3.6电阻应变片的测量放大电路3DH020图2-