《電阻應變式傳感器》課件

電阻應變式傳感器課程簡介1傳感器概述本課程將介紹電阻應變式傳感器的基礎知識，包括其工作原理、結(jié)構(gòu)、類型以及應用。2應變測量技術(shù)重點講解電阻應變式傳感器在應變測量中的應用，包括應變片的選用、連接、校準以及測量系統(tǒng)的構(gòu)成。3實踐應用案例通過實際案例，展示電阻應變式傳感器在機械、土木、航空航天等領域的應用。測量原理1電阻變化應變片的電阻值會隨著被測物體形變而改變2應變值電阻變化與應變值成正比3測量通過測量電阻變化來間接測量應變電阻應變效應當金屬導體受到外力作用發(fā)生形變時，其電阻值會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應變效應。電阻應變效應的原理是，當金屬導體受到拉伸或壓縮時，其橫截面積會發(fā)生變化，從而導致電阻值發(fā)生變化。拉伸時，橫截面積減小，電阻值增大；壓縮時，橫截面積增大，電阻值減小。應變片工作原理電阻變化當應變片受到外力作用時，其長度和橫截面積會發(fā)生變化，導致電阻發(fā)生變化。應力應變關(guān)系電阻變化與應變片受到的應力成正比，即應變片電阻變化的大小反映了被測物體的應力大小。信號轉(zhuǎn)換通過測量應變片電阻的變化，可以間接測量被測物體的應力或應變。應變片材料和結(jié)構(gòu)金屬箔應變片金屬箔應變片是最常見的類型，由電阻率穩(wěn)定的金屬箔制成，通過蝕刻和粘貼工藝，形成特定的形狀和尺寸。薄膜應變片薄膜應變片采用真空鍍膜技術(shù)，在基底上沉積一層薄膜材料，具有高靈敏度和抗腐蝕性。應變片結(jié)構(gòu)典型的應變片結(jié)構(gòu)包括基底、敏感柵格、粘合劑和保護層，這些組件共同構(gòu)成了應變片的傳感單元。應變計應變傳感器將機械量轉(zhuǎn)化為電信號的裝置電阻變化應變引起的電阻變化應變測量通過電阻變化量計算應變應變計組成敏感元件敏感元件是應變計的核心，它負責將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化?；撞牧匣撞牧蠟槊舾性峁┲危⑵溥B接到被測物體上。保護層保護層用于保護敏感元件，防止其受到環(huán)境的影響。引線引線負責將敏感元件的電信號傳遞到測量電路。應變計分類按結(jié)構(gòu)分類應變計根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以分為：箔片式應變計、薄膜式應變計、絲式應變計、半導體應變計等。按材料分類應變計根據(jù)其材料可以分為：金屬應變計、半導體應變計等。按用途分類應變計根據(jù)其用途可以分為：靜態(tài)應變計、動態(tài)應變計等。應變片的選擇條件1測量范圍應變片的選擇應與被測物體的應變范圍相匹配，以保證測量精度。2靈敏度應根據(jù)實際需要選擇合適的靈敏度，以獲得最佳的測量信號。3溫度特性應考慮被測物體的工作溫度，選擇溫度特性良好的應變片。4安裝方式根據(jù)被測物體形狀和尺寸，選擇合適的安裝方式，如膠粘式、螺紋式等。應變片的連接方式單臂連接應變片與電橋的一個臂相連，其余三個臂為固定電阻。半橋連接兩個應變片與電橋的兩個相鄰臂相連，其余兩個臂為固定電阻。全橋連接四個應變片分別與電橋的四個臂相連，用于測量復雜的應力狀態(tài)。電橋電路基本原理1平衡狀態(tài)當電橋處于平衡狀態(tài)時，橋臂上的電壓降相等，輸出電壓為零。2失衡狀態(tài)當電橋處于失衡狀態(tài)時，橋臂上的電壓降不相等，輸出電壓不為零。3應變測量應變片的電阻變化會引起電橋失衡，通過測量輸出電壓的變化可以得到應變值。電橋單臂配置在電橋電路中，只有一個應變片連接到電橋電路中，其他三個臂為固定電阻。這種配置適合測量單點應變，靈敏度較低，但結(jié)構(gòu)簡單，成本低。電橋全橋配置全橋配置是指將四個應變片分別安裝在梁的上下兩側(cè)，每個應變片分別測量梁的縱向應變或橫向應變。全橋配置的優(yōu)點是可以有效地消除溫度的影響，提高測量精度。因為溫度變化會引起應變片的電阻變化，但四個應變片安裝在梁的不同位置，溫度變化對四個應變片的電阻變化影響相反，因此可以相互抵消。溫度補償溫度影響應變片材料的電阻值會隨溫度變化而改變，造成測量誤差。補償方法采用溫度補償技術(shù)，消除溫度變化對測量結(jié)果的影響，提高測量精度。補償方式包括電橋補償、軟件補償?shù)?。信號放大電?放大倍數(shù)增大信號幅值2頻率響應確定放大電路工作頻率范圍3噪聲抑制減少噪聲干擾信號調(diào)理電路1放大提升信號幅度2濾波去除噪聲3線性化校正非線性4轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為標準信號應變測量系統(tǒng)的組成應變片將機械應變轉(zhuǎn)換為電信號的關(guān)鍵部件。電橋電路將應變片電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。信號放大電路放大微弱的電橋輸出電壓。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、處理和顯示應變數(shù)據(jù)。應變測量系統(tǒng)性能指標應變測量系統(tǒng)的性能指標反映了系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性等方面的綜合性能，包括靈敏度、線性度、準確度、溫度特性、頻率響應等。應變計安裝注意事項清潔表面確保安裝表面干凈，無油污或灰塵。正確對齊應變計應與應力方向平行安裝。適當緊固應變計應牢固固定，但避免過度緊固。避免熱量應變計應遠離熱源，以防止溫度影響。應變計的校準1校準目的確保應變計測量結(jié)果的準確性2校準方法使用已知應變的標準試件進行校準3校準頻率定期校準，確保應變計長期穩(wěn)定性校準是確保應變計測量結(jié)果準確性的重要步驟。通過使用已知應變的標準試件進行校準，可以確定應變計的實際輸出與理論輸出之間的偏差。定期進行校準，可以確保應變計長期穩(wěn)定性，并及時發(fā)現(xiàn)和解決可能出現(xiàn)的誤差。應變計的動態(tài)特性頻率響應應變計對不同頻率的振動響應能力。阻尼特性應變計自身阻尼對測量結(jié)果的影響。應變計的靜態(tài)特性靈敏度衡量應變計輸出信號變化量與應變變化量之間的比例關(guān)系。線性度描述應變計輸出信號與應變之間的線性程度。遲滯指應變計在加載和卸載過程中，輸出信號之間存在的差異。重復性衡量應變計在相同條件下重復測量時的誤差范圍。應變計的線性度線性度指應變計輸出信號與輸入應變之間的線性關(guān)系程度。理想情況輸出信號與輸入應變呈線性關(guān)系，即應變計的線性度為100%。實際情況應變計的輸出信號與輸入應變之間存在一定的非線性誤差，導致線性度小于100%。應變計的靈敏度1靈敏度應變計輸出電壓變化量與應變值的變化量之比。2高靈敏度更精確測量微小的應變變化。3低靈敏度測量大范圍的應變變化。應變計的準確度影響因素描述應變片的精度應變片本身的材料、工藝等因素影響其精度。電橋電路的精度電橋電路的平衡性和元件的精度影響測量結(jié)果。信號放大和調(diào)理電路的精度放大和調(diào)理電路的增益和線性度會影響測量結(jié)果的準確性。環(huán)境因素的影響溫度、濕度、振動等環(huán)境因素也會影響測量結(jié)果的準確性。應變計的溫度特性100溫度影響應變計的電阻值會隨溫度變化，影響測量精度。5補償措施可以使用溫度補償方法，減小溫度影響。30溫度范圍應變計的正常工作溫度范圍有限。應用案例分析電阻應變式傳感器在各個領域都有廣泛應用，例如：橋梁和建筑物的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測汽車和飛機等交通工具的應力分析