轮轱1、轮圈2、轮辐条3、承压应变计4、拉伸应变计5 轮辐式传感器 (a)结构示意图; (b)外形 4. 轮辐式测力传感器（剪切力） 在传感器中实测的不是剪应变ν,而是在剪切力作用下,轮辐对角线方向的线应变。这时,将应变计在与辐条水平中心轴线成±45°角的方向上粘贴。八片应变计分别贴在四根辐条的正反两面,并组成全桥电路,以检测线应变。 轮辐式传感器测量桥路 max.book118.com 应变式压力传感器 应变式压力传感器由电阻应变计、弹性元件、外壳及补偿电阻组成。一般用于测量较大的压力。它广泛用于测量管道内部压力,内燃机燃气的压力,压差和喷射压力,发动机和导弹试验中的脉动压力,以及各种领域中的流体压力等。 图2.32 筒式压力传感器的弹性元件 1.筒式压力传感器 ? 筒式压力传感器的弹性元件如图2.32所示,一端肓孔,另一端有法兰与被测系统连接。当应变管内腔与被测压力相通时,圆筒部分周向应变为 式中,p为被测压力,D为圆筒外径,d为圆筒内径。在薄壁筒上贴有两片应变计作为工作片,实心部分贴有两片应变计作为温度补偿片。 2.膜片式压力传感器 该类传感器的弹性敏感元件为一周边固定的圆形金属平膜片,如图2.33(a)所示。 图2.33 膜片受力时的应变分布和应变计粘贴 当膜片一面受压力p作用时,膜片的另一面(应变计粘贴面)上的径向应变εr和切向应变εt为 式中,R为平膜片工作部分半径，h为平膜片厚度，E为膜片的弹性模量，μ为膜片的泊松系数，x为任意点离圆心的径向距离。 在膜片中心即x=0处,εr和εt均达到正的最大值,即 而在膜片边缘,即x=R处,εt=0,而εr达到负的最大值 (最小值)。 max.book118.com 应变式加速度传感器 应变式加速度传感器如图2.36所示。在一悬臂梁1的自由端固定一质量块3。当壳体4与待测物一起作加速运动时,梁在质量块惯性力的作用下发生形变,使粘贴于其上的应变计2阻值变化。检测阻值的变化可求得待测物的加速度。图中,5为电引线,6为运动方向。 图2.36 应变式加速度传感器 假设悬臂梁为等强度梁,作加速运动时梁根部的应变为 其中,W为惯性块质量;G′为等强度梁折算到自由端的等效质量,一般为梁质量的1/6,其余尺寸如图2.29所示。 ? 若梁的上下各贴两片应变计,组成全桥,则灵敏度又是上式的两倍。 传感器的固有频率为 * dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2πr dr，则 由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为 * 2、应变计敏感栅和基底材料的选择： 60℃以内、长时间、最大应变量在10um／m以下的应变测量，一般选用以康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛或聚酰亚胺为基底的应变计(BE、ZF、BA系列)；150℃以内的应变测量，一般选用以康铜、卡玛合金箔为敏感栅、聚酰亚胺为基底的应变计(BA系列)；60℃以内高精度传感器常用以康铜合金或卡玛合金箔为敏感栅、改性酚醛为基底的应变计(BF、ZF系列)。 3、应变计敏感栅长度的选择： 应变计在加载状态下的输出应变是敏感栅区域的平均应变。为了获得真实的测量值，通常应变计的栅长应不大于测量区域半径的1/5-1/10。栅长较长的应变计具有易干粘贴和接线、散热性好等优点，对应变计的性能有一定的改善作用，但应根据实际测量需要进行选择，对于应变场变化不大和一般传感器用途，我们推荐用户选用栅长3-6mm的应变计。如果对非均匀材料(如混凝土、铸铁、铸钢等)进行应变测量，应选择栅长不小于材料的不均匀颗粒尺寸的应变计，以便比较真实地反映结构内的平均应变。对于应变梯度大的应变测量，应尽量选用敏感栅长度较小的应变计。 4、应变计电阻的选择： 应变计电阻的选择应根据应变计的散热面积、导线电阻的影响、信噪比、功耗大小来选择。对于传感器一般推荐选用350Ω、1000Ω电阻的应变计。对于应力分布试验、应力测试、静态应变测量等，应尽量选用与仪器相匹配的阻值，一般推荐选用120Ω、350Ω的应变计。 5、应变计敏感栅结构型式的选择： 测量未知主应力方向试件的应变或测量剪应变时选用多轴应变计，前者可用三轴互相夹角为45°，或60°，或120°度等的应变计，后者用夹角为90°的二轴应变计；测量已知主应力方向试件的应变时，可选用单轴应变计；用于压力传感器的应变计可选用圆形敏感栅的多轴应变计；测量应力分布时，可选用排列成串或成行的5-10个敏感栅的多轴应变计。 6、应变计蠕变补偿标号的选择： 应变计蠕变标号的选择可参照蠕变自补偿应变计的简介。 7、应变计温度自补偿系数的选择： 应变计温度自补偿系数的选择可参照温度自补偿应变计的简介。 8、应变计接线方式的选择： 用户可根据需要选择相应的接线方式，并在订货型号中注明。如选用本资料 中标注的标准引线焊接方式，则可以省略，不需专门注明。 * * 从式（3-15）可以看出，灵敏度就是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。与刚度相似，如果弹性特性是线性的，则灵敏度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变数，即表示此弹性元件在弹性变形范围内，各处由单位力产生的变形大小是不同的。 * 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 图是电桥补偿法的原理图 * 电桥电路如图所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。 * 设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1 R1，分母中ΔR1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则可写为 * * max.book118.com 蠕变(θ)和零漂(P0) 粘贴在试件上的应变计，在恒温恒载条件下，指示应变量随时间单向变化的特性称为蠕变。如图中θ所示。 蠕变反映了应变计在长时间工作中对时间的稳定性，通常要求θ＜3～15μs。引起蠕变的主要原因是，制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的“滑移”所致。选用弹性模量较大的粘结剂和基底材料，适当减薄胶层和基底，并使之充分固化，有利于蠕变性能的改善。 当试件初始空载时，应变计示值仍会随时间变化的现象称为零漂。如图中的P0所示。 max.book118.com 应变极限 应变计的线性(灵敏系数为常数)特性， 只有在一定的应变限度范围内才能保持。当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变计的输出特性将出现非线性。在恒温条件下，使非线性误差达到10%时的真实应变值，称为应变极限 εlim。如图2.8所示。 应变极限是衡量应变计测量范围和过载能力的指标，通常要求εlim≥8000με。影响εlim的主要因素及改善措施，与蠕变基本相同。 max.book1
第4章电阻应变片传感器.ppt
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