电阻应变式传感器知识大全 – 传感器,电阻,电阻应变式传感器

电阻应变式传感器概述


电阻应变式传感器(straingauge type transducer )是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片,它是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成,可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化,从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。


电阻应变式传感器*结构和原理


电阻应变式传感器是一种用金属弹性体作为弹性元件通过粘贴在弹性体敏感部位的电阻应变计组成惠斯通电桥,并在外加电源的激励下可以将力转换为电信号的测量装置。电阻应变式传感器主要由弹性体、应变计、惠斯通电路、补偿电路、电缆线、胶粘剂和密封材料等几部分组成。


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电阻应变式传感器的工作原理是以应变效应为基础的。它由弹性体、电阻应变片及若干元器件组成。将四片(或8片) 电阻应变片粘贴在弹性体上, 当有负荷作用时, 弹性体在贴片处即产生拉、压成双的弯曲应力(或剪应力), 从而使应变片发生阻值变化, 利用惠斯顿电桥电路就可输出电信号(见图1)传感器的工作原理框图如图2 所示。电阻应变式传感器按用途可分为:称重传感器、测力传感器、压力传感器、扭矩传感器等,具体工作原理如下:


  (1) 金属的电阻应变效应


  金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。


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(2) 应变片的基本结构及测量原理


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l称为栅长(标距),b称为栅宽(基宽), b×l称为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如3×20mm2,120Ω。


电阻应变式传感器*技术参数


(1)电阻传感器的测量范围,应力传感器可测出10(-2)~~10(7)N的力,可制成各种机械量传感器。


(2)电阻传感器精度和灵敏度可达到很高,灵敏度可达到几十mv/m,高精度的传感器的误差可达0.1%~~0.01%。


(3)频率响应特性好,响应时间为10(-7)~~10(-11)S,可测几十到几百赫兹的动态过程。


(4)电阻式传感器在恶劣环境下、大加速度和振动条件下工作,只要进行适当的构造设计及选用合适的材料,也能在高温(低温)、强腐蚀及核辐射条件下可靠的工作。


(5)对电阻应变式传感器,应变计的品种多。


我们在传感器选择的时候可以根据其参数特性结合工作环境进行合理的选择,使我们的工作能有效的、顺利的完成。



电阻应变式传感器*特点



  ①精度高,测量范围广;


  ②使用寿命长,性能稳定可靠;


  ③结构简单,体积小,重量轻;


  ④频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量;


  ⑤价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用。


  电阻应变式传感器*优缺点



  优点:


  电阻应变式传感器的优点是精度高,测量范围广,寿命长,结构简单,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。


  缺点:


  它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中,另外还有其他缺点如下:


  (1) 有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。


  (2) 随着时间和环境的变化,构成传感器的材料和器件性能会发生变化。因此不适用于长期监测,因为时漂、温漂较大,长时间测的话可能就无法取得真实有效的数据。


  (3)易受到电场、磁场、振动、辐射、气压、声压、气流等的影响。


  电阻应变式传感器*分类



  常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器(见转矩传感器)、应变式位移传感器(见位移传感器)、应变式加速度传感器(见加速度计)和测温应变计等。


  bhr-4,4m型电阻应变荷重传感器


  电阻应变式传感器*与电阻应变振动传感器的区别



  传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。


  应变式加速度计根据电阻应变效应和振动系统惯性力的原理实现信号的转换,对于电阻应变效应,这里不再详述。惯性式测振传感器的原理:测量结构物某一点的振动,往往很难找到一个相对不动的基准点来安装仪器,因此就考虑设计这样一种仪器,其内部设置一个“质量弹性系统”。测振时,把它固定在被测物上,使仪器的外壳与结构物仪器振动,直接测量的是质量块相对于外壳的振动。应变式加速度计是将电阻应变效应与系统惯性力原理良好的组合,在实际的测试工作中具有很好的应用性。具有结构简单、低频特性好等优点,但灵敏度相对较低,适用量程为1g~2g,频率范围为0~100Hz。与动态应变仪配套使用。


  电阻应变式传感器*使用注意事项



  运放调 零:打开电源, + ,— 15V 电源(运放的工作电压)也打开。将 运放 + ,— 端接地⊥, 输出端接数字 电压表的输入端,“增益”电位器调大,调节“调零”电位器使电压表指示为零( 2V 档)。拆除连线。在以后的实验中保持两电位器不变。(如已调零可不调) 桥路联接:关闭电源,接好联线。打开电源,调节电位器 WD 使电压表指示为零( 2V 档),如不能调零则选一 较小的稳定值为零点,在以后的实验中保持电位器不变。拔线时千万 不要拽线 ,应拿住头部轻旋拔下。直流电源选 8V ,可用电压表测量一下。以免电压过大损坏应变片或造成自热效应。


  电阻应变式传感器*应用案例


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。




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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, 而液体状的油类燃料可用电子容器秤。这些电子秤的核心元件就是电阻应变式称重传感器。例如电子汽车衡就是由秤台、四只或六只传感器、传力机构、智能仪表及打印机等组成的。为了满足科学研究工作的需要, 用精密级传感器制成的称重计量装置, 可进行高分辫率的计量。此外, 还有用电阻应变式传感器制成的密度计、压力检测装置等等,都是能源计量的重要手段。



电阻应变式传感器*新技术


NASA 格林研究中心正在开发研制一种最低程度介入的集成传感器的工作,该传感器是为了实现高温环境下实时应变、热流的测量。该传感器可封装为单一个体,可同时反映材料和组件的应力、应变等多种模式,这在发动机研制和确认阶段是非常有用的。一个主要的技术难题是把目前几种测量用的专一传感器结合起来,集成为单个的薄膜传感器。研究的最终目标是把传感器直接淀积(或生成)在发动机部件内部,或淀积在一个小而薄的基底膜上,可以把该膜粘贴在要测量的发动机组件上。目前已制造出了几个铂、铂-铑合金和氧化铝传感器样件,传感器安装在应力不变的氧化铝梁架上,目前仅在试验室进行了试验。


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发布日期:2019年03月17日  所属分类:参考设计