第3章电阻应变片式传感器.pptVIP

式中, C1、C2表示应变片引线分布电容。 每一桥臂上复阻抗分别为 现具体说明：设交流电桥如图3-9（b)所示 第29页，共76页，编辑于2022年，星期日 交流电桥输出： 电桥平衡条件：Uo=0，即 Z1Z4=Z2Z3 整理可得 第30页，共76页，编辑于2022年，星期日 变形为： 交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）： 由此可见，对如图3-9（b)所示交流电桥，除要满足电阻平衡条件外，还必须满足电容平衡条件，所以在桥路上除设有电阻平衡调节外，还要设置电容平衡调节，常见平衡调节电路如图3.10所示。 第31页，共76页，编辑于2022年，星期日 (a)串联法 (b)并联法 (c)差动法 (d)阻容法 图3-10 交流电桥平衡调节 第32页，共76页，编辑于2022年，星期日 平衡调节方法： 串联电阻法：3.10(a)中R5由下式确定， 式中 分别为R1与R2和R3与R4的偏差。 并联电阻法：3.10图(b)中调节R5可改变桥臂AD和CD得阻值比，使电桥满足平衡条件。可调平衡范围取决于R6的值。R6愈小，可调范围愈大，但测量误差也愈大。因此在保证精度的前提下要选得小些。 R5可采用与R6相同的阻值。R6可按下式确定： 第33页，共76页，编辑于2022年，星期日 差动电容法： 图3.10(C)中 C3和C4为同轴差动电容，调节时两电容 变化大小相等，极性相反，以此调整电容平衡。 阻容调平法： 图3.10(d)中接入的T型RC阻容电路起到预调平作用。 注意：在同时具有电阻和电容调平装置进行阻抗调平过程中，两者应不断交替调整，才能取得满意的平衡结果。 第34页，共76页，编辑于2022年，星期日 当被测应力变化引起 Z1=Z10+ΔZ, Z2=Z20－ΔZ 变化时（Z10=Z20=Z0），则电桥输出为 第35页，共76页，编辑于2022年，星期日 用应变片组成的交流电桥，与直流电桥一样也有 半桥、全桥的形式，具体分析方法与直流电桥分析 方法一样。 第36页，共76页，编辑于2022年，星期日 四 压阻式传感器 金属电阻应变片性能稳定，精度较高，但应变灵敏系数较小，半导体应变片可以改善这一不足。半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍， 但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重， 使它的应用范围受到一定的限制，用半导体应变片制作的传感器称为压阻式传感器。 第37页，共76页，编辑于2022年，星期日 1. 压阻效应：半导体材料受到压力后，其电阻 率发生明显变化，此现象称为压阻效应。 2. 半导体应变片的灵敏系数 当半导体材料受力变形后，其电阻的变化率为： 式中： π——半导体材料的压阻系数 σ——半导体材料的所受应变力 E——半导体材料的弹性模量 ε——半导体材料的应变 第38页，共76页，编辑于2022年，星期日 所以当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化可写为： 实验表明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，半导体材料的压阻系数， 因而半导体应变片的灵敏系数为： 第39页，共76页，编辑于2022年，星期日 3. 半导体应变片的结构 第40页，共76页，编辑于2022年，星期日 4. 压阻式传感器的结构与测量电路 和金属应变片的测量电路相同 第41页，共76页，编辑于2022年，星期日 一. 应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差， 称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有如下两个方面： 1. 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示： Rt=R0(1+α0Δt) 3.3 应变片的温度误差及补偿 第42页，共76页，编辑于2022年，星期日 式中: Rt——温度为t时的电阻值；  R0——温度为t0时的电阻值；  α0——温度为t0时金属丝的电阻温度系数；  Δt——温度变化值，Δt=t-t0。 当温度变化Δt时，电阻丝电阻的变化值为：  ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt 第43页，共76页，编辑于2022年，星期日 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时：环境温度变化不会产生附加变形。 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时：环境温度变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为 ls=l0(1+βsΔt) lg