《电阻应变式传感器》课件

电阻应变式传感器课程简介1传感器概述本课程将介绍电阻应变式传感器的基础知识，包括其工作原理、结构、类型以及应用。2应变测量技术重点讲解电阻应变式传感器在应变测量中的应用，包括应变片的选用、连接、校准以及测量系统的构成。3实践应用案例通过实际案例，展示电阻应变式传感器在机械、土木、航空航天等领域的应用。测量原理1电阻变化应变片的电阻值会随着被测物体形变而改变2应变值电阻变化与应变值成正比3测量通过测量电阻变化来间接测量应变电阻应变效应当金属导体受到外力作用发生形变时，其电阻值会发生变化，这种现象称为电阻应变效应。电阻应变效应的原理是，当金属导体受到拉伸或压缩时，其横截面积会发生变化，从而导致电阻值发生变化。拉伸时，横截面积减小，电阻值增大；压缩时，横截面积增大，电阻值减小。应变片工作原理电阻变化当应变片受到外力作用时，其长度和横截面积会发生变化，导致电阻发生变化。应力应变关系电阻变化与应变片受到的应力成正比，即应变片电阻变化的大小反映了被测物体的应力大小。信号转换通过测量应变片电阻的变化，可以间接测量被测物体的应力或应变。应变片材料和结构金属箔应变片金属箔应变片是最常见的类型，由电阻率稳定的金属箔制成，通过蚀刻和粘贴工艺，形成特定的形状和尺寸。薄膜应变片薄膜应变片采用真空镀膜技术，在基底上沉积一层薄膜材料，具有高灵敏度和抗腐蚀性。应变片结构典型的应变片结构包括基底、敏感栅格、粘合剂和保护层，这些组件共同构成了应变片的传感单元。应变计应变传感器将机械量转化为电信号的装置电阻变化应变引起的电阻变化应变测量通过电阻变化量计算应变应变计组成敏感元件敏感元件是应变计的核心，它负责将应变转换为电阻变化。基底材料基底材料为敏感元件提供支撑，并将其连接到被测物体上。保护层保护层用于保护敏感元件，防止其受到环境的影响。引线引线负责将敏感元件的电信号传递到测量电路。应变计分类按结构分类应变计根据其结构可以分为：箔片式应变计、薄膜式应变计、丝式应变计、半导体应变计等。按材料分类应变计根据其材料可以分为：金属应变计、半导体应变计等。按用途分类应变计根据其用途可以分为：静态应变计、动态应变计等。应变片的选择条件1测量范围应变片的选择应与被测物体的应变范围相匹配，以保证测量精度。2灵敏度应根据实际需要选择合适的灵敏度，以获得最佳的测量信号。3温度特性应考虑被测物体的工作温度，选择温度特性良好的应变片。4安装方式根据被测物体形状和尺寸，选择合适的安装方式，如胶粘式、螺纹式等。应变片的连接方式单臂连接应变片与电桥的一个臂相连，其余三个臂为固定电阻。半桥连接两个应变片与电桥的两个相邻臂相连，其余两个臂为固定电阻。全桥连接四个应变片分别与电桥的四个臂相连，用于测量复杂的应力状态。电桥电路基本原理1平衡状态当电桥处于平衡状态时，桥臂上的电压降相等，输出电压为零。2失衡状态当电桥处于失衡状态时，桥臂上的电压降不相等，输出电压不为零。3应变测量应变片的电阻变化会引起电桥失衡，通过测量输出电压的变化可以得到应变值。电桥单臂配置在电桥电路中，只有一个应变片连接到电桥电路中，其他三个臂为固定电阻。这种配置适合测量单点应变，灵敏度较低，但结构简单，成本低。电桥全桥配置全桥配置是指将四个应变片分别安装在梁的上下两侧，每个应变片分别测量梁的纵向应变或横向应变。全桥配置的优点是可以有效地消除温度的影响，提高测量精度。因为温度变化会引起应变片的电阻变化，但四个应变片安装在梁的不同位置，温度变化对四个应变片的电阻变化影响相反，因此可以相互抵消。温度补偿温度影响应变片材料的电阻值会随温度变化而改变，造成测量误差。补偿方法采用温度补偿技术，消除温度变化对测量结果的影响，提高测量精度。补偿方式包括电桥补偿、软件补偿等。信号放大电路1放大倍数增大信号幅值2频率响应确定放大电路工作频率范围3噪声抑制减少噪声干扰信号调理电路1放大提升信号幅度2滤波去除噪声3线性化校正非线性4转换转换为标准信号应变测量系统的组成应变片将机械应变转换为电信号的关键部件。电桥电路将应变片电阻变化转化为电压变化。信号放大电路放大微弱的电桥输出电压。数据采集系统采集、处理和显示应变数据。应变测量系统性能指标应变测量系统的性能指标反映了系统的精度、灵敏度、稳定性和可靠性等方面的综合性能，包括灵敏度、线性度、准确度、温度特性、频率响应等。应变计安装注意事项清洁表面确保安装表面干净，无油污或灰尘。正确对齐应变计应与应力方向平行安装。适当紧固应变计应牢固固定，但避免过度紧固。避免热量应变计应远离热源，以防止温度影响。应变计的校准1校准目的确保应变计测量结果的准确性2校准方法使用已知应变的标准试件进行校准3校准频率定期校准，确保应变计长期稳定性校准是确保应变计测量结果准确性的重要步骤。通过使用已知应变的标准试件进行校准，可以确定应变计的实际输出与理论输出之间的偏差。定期进行校准，可以确保应变计长期稳定性，并及时发现和解决可能出现的误差。应变计的动态特性频率响应应变计对不同频率的振动响应能力。阻尼特性应变计自身阻尼对测量结果的影响。应变计的静态特性灵敏度衡量应变计输出信号变化量与应变变化量之间的比例关系。线性度描述应变计输出信号与应变之间的线性程度。迟滞指应变计在加载和卸载过程中，输出信号之间存在的差异。重复性衡量应变计在相同条件下重复测量时的误差范围。应变计的线性度线性度指应变计输出信号与输入应变之间的线性关系程度。理想情况输出信号与输入应变呈线性关系，即应变计的线性度为100%。实际情况应变计的输出信号与输入应变之间存在一定的非线性误差，导致线性度小于100%。应变计的灵敏度1灵敏度应变计输出电压变化量与应变值的变化量之比。2高灵敏度更精确测量微小的应变变化。3低灵敏度测量大范围的应变变化。应变计的准确度影响因素描述应变片的精度应变片本身的材料、工艺等因素影响其精度。电桥电路的精度电桥电路的平衡性和元件的精度影响测量结果。信号放大和调理电路的精度放大和调理电路的增益和线性度会影响测量结果的准确性。环境因素的影响温度、湿度、振动等环境因素也会影响测量结果的准确性。应变计的温度特性100温度影响应变计的电阻值会随温度变化，影响测量精度。5补偿措施可以使用温度补偿方法，减小温度影响。30温度范围应变计的正常工作温度范围有限。应用案例分析电阻应变式传感器在各个领域都有广泛应用，例如：桥梁和建筑物的结构健康监测汽车和飞机等交通工具的应力分析