第六講應變計式傳感器課件

第六講應變計式傳感器一.傳感器的原理與特性1.傳感器的基本原理物理量彈性元件傳感元件測量電路電量輔助電源傳感器分類：力、重量、壓強、力矩、位移、加速度傳感器等第六講應變計式傳感器2.靜態(tài)特性a.線性度輸入-輸出靜特性可表示為Y=a0+a1X+a2X2+

+anXn輸出零位輸出靈敏度非線性項常數輸入例如：a0=0，且為理想線性，非線性誤差用線性度el表示：el=

max/YFS100

max

為校準曲線與擬合直線間最大偏差則Y=a1XYFS

為傳感器滿量程(fullscale)輸出均值YFS=Ymax-Y0

maxYFSXY0校準曲線擬合直線第六講應變計式傳感器b.滯后表示正反行程間輸入-輸出曲線不重合程度。表示為：ez=(

max/YFS)100

max為輸出值在正反行程間的最大差值。0XY

maxYFS第六講應變計式傳感器c.重復性表示傳感器在輸入量按同方向作全量程多次變動時，曲線的不一致程度。用下式計算：s

前系數取2時ef服從正態(tài)分布,置信概率為95%ef=[(2~3)s/YFS]100取3時ef服從正態(tài)分布,置信概率為99.7%s

為標準偏差：s=[(Yi

–Y*)2/(n-1)]1/2式中：Y*為輸出均值，n為測量次數。第六講應變計式傳感器d.靈敏度線性傳感器校準線斜率就是靜態(tài)靈敏度K。K=Y/X=

Y/X(mV/V)非線性傳感器靈敏度用

dY/dX

表示。零漂：無輸入時，輸出隨時間偏離零值的變化量。第六講應變計式傳感器二.傳感器的基本構造與設計應變計式傳感器的優(yōu)點：a.

測量精度高：一般0.5%,最高0.01%b.

測量范圍廣：力0.01~107N,壓力0.1~108Pac.

輸出特性好：線性好，性能穩(wěn)定，工作可靠。d.

測量環(huán)境寬：可在高低溫；振動；核輻射等惡劣環(huán)境下可靠地工作。第六講應變計式傳感器應變計式傳感器由彈性元件和應變計橋路構成。彈性元件：將被測物理量轉換為表面線性應變。a.各部分應力不超過彈性極限，安全系數大；b.便于貼應變計，且有足夠大的應變量；c.被測量部位工作狀態(tài)不易改變；d.有較高的自振頻率。電阻應變計：表面應變電阻變化電壓信號采用膠膜基應變計，貼后加熱固化。第六講應變計式傳感器1.力傳感器a.桿（柱）式彈性元件12345678FF應力：

F/A=E技術指標：非線性,重復性,滯后<0.1~0.5%FS靈敏度1~2mV/V溫度零漂0.02~0.04%/C欲提高精度,溫度補償,消除彎曲影響,如何接線?并求橋臂系數。第六講應變計式傳感器12345678FF

1=

F

+

M+

T

2=

4=

F

+

T

3=

F

-

M+

T

5=

6=-

(

F+

M1)+

T

7=

8=-

(

F-

M1)+

TABCD1,25,63,47,8

儀=(

F

+

M

/2+

T)-(-

F

-

M1+

T)+(

F

-

M/2+

T)-(-

F

+

M1

+

T)=2(1+

)

F

橋臂系數：B=2(1+

)

第六講應變計式傳感器b.懸臂梁式彈性元件lR1R2Fhb

6F

l/(b

h2)R1R2

儀=(

M

+

T

)-(-

M

+

T

)=2

M=2

/E

=12Fl/(bh2E

)應力公式:F=

儀b

h2E/(12l)第六講應變計式傳感器c.環(huán)形彈性元件R/h>5為小曲率環(huán)即薄環(huán)可測0.5~5kN的力FF

0RBAM

=FR(sin

0/

0-cos

)/2MA=FR(sin

0/

0-cos

0)/2MB=FR(sin

0/

0-1)/2純環(huán):MA=0.318FR,MB=-0.182FR

132,46,857如何接線?ABCD1,32,45,76,8

儀=2

A-2

B=2(

A-

B)=2(MA-MB)/EW

=2(0.318+0.182)FR/EW=FR/EW

F=

儀EW/R=bh2E

儀/6R第六講應變計式傳感器d.輪輻式彈性元件FCT特點：重量輕，測量精度高。各輻條上最大剪應力：

max

=3(F/4)/2bh=3F/8bh思考:如何接線?ABCDT,TT,TC,CC,C

max=E

1/(1+

)

1=(1+

)3F/8bhE

儀=4

1=(1+

)3F/2bhEF=2bhE儀/3(1+

)第六講應變計式傳感器2.壓力(壓強)傳感器a.膜片式壓力傳感器rhp

,max

r,max

r

r,min

r=(1-

2)(r2-3x2)3p8h2E徑向應變周向應變

=(1-

2)(r2-x2)3p8h2E當x=0時,拉應變達最大值x

r,max

=

,max

=(1-

2)r23p8h2E當x=r時,壓應變達最大值

r,min

=-(1-

2)r23p4h2E測壓箔式應變花接線?第六講應變計式傳感器b.筒式壓力傳感器Ddp

筒壁周向應變

=p(2-

)E(D2/d2

-1)對薄壁筒：筒壁周向應變

=pd(1-0.5

)2E

R1R2應變片布置如圖所示，如何接線？ABC12若采用全橋測量,如何布片和接線?R3R4ABCD1234第六講應變計式傳感器3.位移傳感器FlxbhABwB=Fl3/(3EI)=4Fl3/(Ebh3)應變片應變：

=

/E=6Fx/(Ebh2)可得：wB=2l3

/(3hx)a.夾式位移傳感器位移如何布片?R1R2R3R4如何接線?ABCD1243試導出位移表達式：

儀=

1-

2+

4-

3=4

位移=l3

儀

/(6hx)

第六講應變計式傳感器b.圓環(huán)形位移傳感器對薄圓環(huán),由材料力學可得：

=(-)

42

FR3EI

=

/E=MmaxEW=

EWFR所以有：

=(

2-8)

R2W

/(4I)=(

2-8)

R2

/(2

)如何接線?ABCD1243位移表達式?

儀=

1-

2+

4-

3=4

=(

2-8)

R2

儀

/(8

)位移R1R2R3R4R

FF第六講應變計式傳感器c.弓形位移傳感器如何提高測量精度?位移表達式?laR1R2R3R4如何接線?1243

儀=

1-

2+

4-

3=4

M第六講應變計式傳感器d.彈簧位移傳感器dd=d1(懸臂梁位移)+d2(彈簧位移)=+