文档介绍：课程考核论文《现代测试技术》班级学号姓名序号 2015 年 6月 13日电阻应变式传感器摘要: 电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成,可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化,从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。电阻应变式传感器是一种用金属弹性体作为弹性元件通过粘贴在弹性体敏感部位的电阻应变计组成惠斯通电桥,并在外加电源的激励下可以将力转换为电信号的测量装置。因应变式传感器具有以下特点: ①精度高,测量范围广; ②使用寿命长,性能稳定可靠;③结构简单,体积小,重量轻;④频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量;⑤价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用。所以其在生活中得到了广泛应用。关键词: 应变片;电阻;组桥方式;误差补偿 1应变式传感器的工作原理金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时, 其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。公式推导: 若金属丝的长度为 L,截面积为 S,电阻率为ρ,其未受力时的电阻为 R,则: 如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形,其长度 L 变化 dL ,截面积 S 变化 dS ,电阻率ρ变化,因而引起电阻 R变化 dR 。将式 1 微分, 整理可得: 2 对于圆形截面有: 有 3 为金属丝轴向相对伸长,即轴向应变;而则为电阻丝径向相对伸长,即径向应变,两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ,负号表示符号相反,有: 4 将式 4代入 3得: 5 将式 5代入 2并整理得: 6 或 7 K0 称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0 称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。公式简化过程: 由式可以明显看出,金属材料的灵敏系数受两个因素影响: 一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的,即项;另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的,即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明,在电阻丝拉伸比例极限范围内,电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的,即 K0 为常数,于是可以写成: 8 通常金属电阻丝的 K0= ~ 。电阻应变传感器的测量电路由于电阻应变片工作时其电阻变化很微小,例如,一片 k0=2 、初始电阻 120 Ω的应变片,受 1333 微应变(约 2 吨重的力)时,其电阻变化仅 Ω。测量电路的任务是把微弱的电阻变化转换成电压或电流的变化,因此常用直流电桥和交流电桥作为测量电路。目前应变片电桥大都采用交流电桥,但由于直流电桥比较简单,交流电桥原理与它相似,所以以直流电桥作分析。图中 R2--R4 分别为四桥臂电阻,为供桥电压,为电桥输出电压。当电桥的负载电阻为无穷大时,桥路的输出电压为: 0 1 3 2 4 ( 1 2)( 3 4) R R R R U U R R R R ??? ?为了使测量前的输出为零,应使 1 3 2 4 0 R R R R ? ?满足上式的条件称为电桥平衡 UR RR RR RR RRR RRU o)()( 4 43 32 21