应变式传感器N课件

Ch3 应变式传感器应变式传感器应变应变应变片应变片电阻变化电阻变化应变电桥应变电桥应变电应变电阻效应阻效应1 应变片的原理与结构应变片的原理与结构 1-1 导电材料的应变电阻效应（导电材料的应变电阻效应（1）FFFF泊松泊松比比金属金属半导体半导体压阻效应各向异性1 应变片的原理与结构应变片的原理与结构 1-1 导电材料的应变电阻效应（导电材料的应变电阻效应（2）金属金属半导体半导体结构尺寸结构尺寸电阻率电阻率1.84.85080Km1 应变片的原理与结构应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（应变片的类型与结构（1）金属箔式金属箔式薄条型薄条型金属丝式金属丝式薄膜型薄膜型应变片应变片金属应变片金属应变片半导体应变片半导体应变片根据应变电阻效应做成的测量应变的器件根据应变电阻效应做成的测量应变的器件1 应变片的原理与结构应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（应变片的类型与结构（2）敏敏感感栅栅基底基底盖片盖片引线引线粘结剂粘结剂b栅长栅长栅宽栅宽b金属丝式金属丝式1 应变片的原理与结构应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（应变片的类型与结构（3）金属箔式金属箔式半导体应变片半导体应变片半导体半导体金属箔金属箔引线引线2 应变片的主要特性应变片的主要特性1.灵敏度灵敏度2.横向效应横向效应3.机械滞后机械滞后4.应变极限应变极限5.零点飘移与蠕变零点飘移与蠕变6.温度特性温度特性7.动态特性动态特性2 应变片的主要特性应变片的主要特性 2-1 动态特性动态特性(1)实验实验:中点应变中点应变理论理论:平均应变平均应变相对误差相对误差误差误差限制限制工工作作频频限限应变片应变片试件试件o2 应变片的主要特性应变片的主要特性 2-1 动态特性动态特性(2)测量系统要求测量系统要求 2-2 温度效应及补偿温度效应及补偿1.温度效应温度效应电阻温度效应电阻温度效应热胀冷缩效应热胀冷缩效应传感器传感器温度变化温度变化 2-2 温度效应及补偿温度效应及补偿1.温度效应温度效应电阻温度效应电阻温度效应热胀冷缩效应热胀冷缩效应电阻温度系数电阻温度系数2-2 温度效应及补偿温度效应及补偿2.温度补偿温度补偿（1）单丝自补偿单丝自补偿（2）双丝自补偿双丝自补偿（3）桥路补偿桥路补偿优点：结构简单优点：结构简单 缺点：只适用于特定参缺点：只适用于特定参数的试件数的试件 3 测量电路与测量系统测量电路与测量系统应变片应变片不平衡电桥不平衡电桥输出电压输出电压放大放大、显示显示3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性1.定义定义未工作：平衡未工作：平衡工作：工作：不平衡不平衡UAB3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性1.定义定义未工作：平衡未工作：平衡UAB（1）全对称应变电桥）全对称应变电桥（2）输出端对称电桥输出端对称电桥（3）电源端对称电桥电源端对称电桥3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性1.定义定义未工作：平衡未工作：平衡UAB全对称应变电桥全对称应变电桥工作：工作：不平衡不平衡3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性2.全对称应变电桥全对称应变电桥结论结论:（1）（2）和差法则和差法则对臂和对臂和邻臂差邻臂差3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性2.全对称应变电桥全对称应变电桥和差法则和差法则对臂和对臂和邻臂差邻臂差差动对差动对等截面等截面弹性梁弹性梁单臂单臂应变电桥应变电桥双臂双臂应变电桥应变电桥全臂全臂应变电桥应变电桥温度温度补偿电桥补偿电桥应变片应变片1个个平衡电阻平衡电阻3个个应变片应变片2个个平衡电阻平衡电阻2个个应变片应变片4个个3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性3.转换误差转换误差URRR应变片应变片R理论理论近似值近似值单臂工单臂工作电桥作电桥3-1 应变电桥的转换特性应变电桥的转换特性4.其它情形其它情形（1）输出端对称电桥（输出端对称电桥（2）电源端对称电桥）电源端对称电桥（3）交流电桥）交流电桥平衡条件：平衡条件：输出电压：输出电压：NBD3 测量电路与测量系统测量电路与测量系统应变仪应变仪交流应变仪交流应变仪应变应变电桥电桥放大器放大器稳压稳压电源电源记录器记录器直流应变仪直流应变仪3-2 交流应变仪交流应变仪1.框图框图应变应变电桥电桥放大器放大器相敏相敏检波器检波器滤波器滤波器记录器记录器稳压稳压电源电源移相器移相器载波载波振荡器振荡器 3-2 交流应变仪交流应变仪 2.移相器移相器+RRRR保持信号幅度不变，对输入信号进行相位移动。3-2 交流应变仪交流应变仪2.移相器移相器 3-2 交流应变仪交流应变仪 3.相敏检波器相敏检波器+RRRC C3DJD参考信号参考信号输入信号输入信号AA门控信号门控信号检波检波信号信号输出整流信号，形状与相位有关。低电平高电平3-2 交流应变仪交流应变仪3.相敏检波器相敏检波器(2)正极性正极性负极性负极性低电平，高电平，3-2 交流应变仪交流应变仪 4.低通滤波器低通滤波器+A通低频，隔高频。3-2 交流应变仪交流应变仪5.工作波形工作波形(1)V应变应变V放大放大V移相移相V相敏相敏V滤波滤波3-2 交流应变仪交流应变仪5.工作波形工作波形(2)V应变应变V放大放大V移相移相V相敏相敏V滤波滤波4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用1.柱式力传感器柱式力传感器弹性敏感元件弹性敏感元件轴向应变片轴向应变片圆周方向应变片圆周方向应变片差动对差动对4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用2.梁式力传感器梁式力传感器差动对差动对等截面弹性梁等截面弹性梁4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用3.应变式加速度仪应变式加速度仪应变片应变片基座基座试件试件弹性梁弹性梁4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用4.固态压阻器件固态压阻器件(1)Si膜片膜片4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用4.固态压阻器件固态压阻器件(2)0.635Si膜片膜片4 应变式传感器的应用应变式传感器的应用5.集成化压力传感器集成化压力传感器电压放大器电压放大器温度补偿电路温度补偿电路固态压阻器件固态压阻器件输出电路输出电路应变片应变片基座基座弹性梁弹性梁(a)被测体被测体压电片压电片质量块质量块基座基座预紧螺母预紧螺母被测体被测体(b)NNSS霍尔片霍尔片(c)位移测量位移测量