石维龙电阻应变式传感器及压电式传感器应用11

题目： 与压电式传感器的应用

学 院： 机械工程学院

专 业： 机械制造及其自动化

班 级： 机制082班

学 号： 080803110247

学生姓名： 石维龙

指导教师： 冯治国老师

2012年 3 月25日

电阻应变式传感器

电阻应变式传感器与压电式传感器的应用

一、电阻应变式传感器

1、电阻应变式传感器的工作原理

电阻应变式传感器由各种弹性敏感元件和电阻应变片构成。传感器的两个主要部分是敏感元件和转换元件，在电阻应变式传感器中，它们就是弹性敏感元件和电阻应变片。

弹性敏感元件在感受被测量物理量时将产生变形，其表面产生应变。 当弹性敏感元件的表面产生应变时，粘贴在弹性敏感元件表面上的电阻应变片随之产生应变，电阻应变片的电阻也随之产生变化。

通过测量电阻应变片电阻的变化实现被测物理量变化的测量。

2、电阻应变式传感器的测量电路

电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。

导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。

直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。 下图为一直流供电的平衡电阻电桥，Ein接直流电源E：

图2.6 传感器结构原理图

当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。

当忽略电源的内阻时，由分压原理有：

uo uBD uAB uAD

E(R1R4 )R1 R2R3 R4

RR R2R4 = E （2.2） 13(R1 R2)(R3 R4)

当满足条件R1R3=R2R4时，即

2R3

uo=0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。 R1 R4（2.3）

应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。

若差动工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（2.2），则电桥输出为

(R R)2Euo (R R) (R R)(R R) (R R) R ER (R R)2

U0

k E (2.4)

常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的

一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压Uo。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

3、电阻应变式传感器的应用

（1）天平称重

传感器B的一头固定在天平底座D上, 被称物体F对称盘A产生压力F1, F1使传感器产生变形, 应变片受力后拉伸或压缩, 电桥失去平衡, 同时产生差动信号, 通过输出端1、2、3、4传送到天平的测量线路, 然后由天平的线路来完成整个天平的测量过程。

（2）检测耗能设备有关参数

电阻应变式侧力传感器在功率测定方面的应用就是这种例子2 测功机广泛应用于使用中的汽车、拖拉机、飞机、船舶、工程机械、矿山机械的实际抢出功率和工作效率的在线检测, 它为设备优化设计和质检提供可亦的数据。以前的测功机采用机械刻度盘式, 目前正逐渐被带徽机的数显式测功机所取代。功率测定对于确定新设计的动力机械的工作能力、能源消耗、效率、使用寿命及安全性能等都是一个极为重要的特性参数, 对老设备进行技术改造也需要进行功率测定。功率测定的首要问题是选择合适的测力传感器, 这种传感器既要满足一定的技术指标, 又要满足设备的结构尺寸要求。例如, SL型传感器就是为改造小功率柴油机测功设备而专门研制的。现在，电阻应变式测力传感器在柴油机生产等行业得到广泛应用, 为提高内燃机的品质、降低能耗起到重要的作用。

（3）能源计量

能源在贸易和使用中精确的计量是十分必要的。原来的计量器具都是机械

式的, 存在称量慢、精度低、操作维修不方便等缺陷。目前由于传感器技术的飞速发展, 各种电子计量器具应用已十分普迫。如对煤等固体然料进行计量的

器具有：电子皮带秤、电子汽车衡、电子轨道衡、电厂用的实物校验装置、抓斗秤等 …… 此处隐藏：3396字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……