传感器技术第5讲RLC传感器p教学教案.ppt

电阻式传感器
电感式传感器
电容式传感器
第五章 RLC传感技术
 电阻应变式传感器
一 、金属应变片式传感器
（金属丝式应变片、金属箔式应变片、测量电路、应用）机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。
Δε
Δε1
机械应变ε
卸载
加载
指示应变εi
应变片的机械滞后
（4） 零点漂移和蠕变
对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。
如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。
这是两项衡量应变片特性对时间稳定性的指标，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中包含零漂，它是一个特例
（5）应变极限 在一定温度下，应变片的指示应变对测试值的真实应变的相对误差不超过规定范围（一般为10%）时的最大真实应变值。在图中，真实应变是由于工作温度变化或承受机械载荷，在被测试件内产生应力(包括机械应力和热应力)时所引起的表面应变。
εlim
真实应变εz
指示应变εi
应变片的应变极限
±10%
1
主要因素：粘结剂和基底材料传递变形的性能及应变片的安装质量。制造与安装应变片时，应选用抗剪强度较高的粘结剂和基底材料。基底和粘结剂的厚度不宜过大，并应经过适当的固化处理，才能获得较高的应变极限。
（6） 动态特性
当被测应变值随时间变化的频率很高时，需考虑应变片的动态特性。因应变片基底和粘贴胶层很薄，构件的应变波传到应变片的时间很短()，故只需考虑应变沿应变片轴向传播时的动态响应。
4、 温度误差及其补偿
（1） 温度误差
用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：应变片电阻丝具有一定温度系数；电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
（2） 温度补偿（自补偿法和线路补偿法）
金属箔式应变片
（二）金属箔式应变片
箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片，如图。金属箔的厚度—般为(～)mm，它的基片和盖片多为胶质膜，基片厚度一般为(～)mm。金属箔式应变片和丝式应变片相比较，有如下特点。①金属箔栅很薄，因而它所感受的应力状态与试件表面的应力状态更为接近。提高了应变测量的精度较大信号，提高了测量灵敏度。③箔栅的尺寸准确、均匀，且能制成任意形状，特别是为制造应变花和小标距应变片提供了条件，从而扩大了应变
片的使用范围。 ②箔材表面积大，散热条件好，故允许通过较大电流，因而可以输出。④便于成批生产。 ⑤缺点：电阻值分散性大，有的相差几十Ω，故需要作阻值调整；生产工序较为复杂，因引出线的焊点采用锡焊，因此不适于高温环境下测量；此外价格较贵。
（三）测量电路
应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。电阻应变片的测量线路多采用交流电桥(配交流放大器)，其原理和直流电桥相似。直流电桥比较简单，因此首先分析直流电桥，如图所示。当电源E为电势源，其内阻为零时，可求出检流计中流过的电流Ig与电桥各参数之间的关系为
R2
R4
R1
R3
E
电桥线路原理图
Rg
A
C
D
Ig
B
式中 Rg为负载电阻，因而其输出电压Ug为
设R1为应变片的阻值，工作时R1有一增量ΔR，当为拉伸应变时，ΔR为正；压缩应变时，ΔR为负。在上式中以R1+ΔR代替R1，则
设电桥各臂均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4时
在实际使用时，一般多采用等臂电桥或对称电桥。
当R1R4=R2R3时，Ig=0，Ug=0，即电桥处于平衡状态。若电桥的负载电阻Rg为无穷大，则B、D两点可视为开路，上