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电阻应变片测试电路ppt课件

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应变测试技术——电阻应变片ppt课件

应变测试技术——电阻应变片ppt课件

三相电表电费计算公式
三相电表电费计算公式：
单价（元）=电费总额÷总用电量；
电费总额（元）=总用电量（度）×单价（元）；
峰谷费用（元）=峰电量（度）×峰单价（元）+谷电量（度）×谷单价（元）；
总电费（元）=峰谷费用（元）+月度服务费（元）+附加费（元）+电
调节服务费（元）+电度损耗费（元）；
电度损耗费（元）=实际用电量（度）×电度损耗率（%）×单价（元）。

应变片 PPT课件

应变片 PPT课件

(3 - 14)
ΔRt=Rt- R0= R0α0Δt
（3 - 15）
2)
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论环境温度如 何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。
当试件和电阻丝线膨胀系数不同时, 由于环境温度的变化, 电 阻丝会产生附加变形, 从而产生附加电阻。
设电阻丝和试件在温度为 0 ℃时的长度均为L0，它们的线膨 胀系数分别为βs和βg, 若两者不粘贴, 则它们的长度分别为
由此可知, 应力值σ正比于应变ε, 而试件应变ε正比于电阻 值的变化, 所以应力σ正比于电阻值的变化, 这就是利用应变片 测量应变的基本原理。
电阻应变片特性
一、 电阻应变片的种类
电阻应变片品种繁多, 形式多样。 但常用的应变 片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电阻应变片。
金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层和引线等 部分组成, 如图 3 - 2 所示。
当将图 3 - 3 所示的应变片粘贴在被测试件上时, 由于其敏 感栅是由n条长度为l1的直线段和（n-1）个半径为r的半圆组成, 若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变εx时, 则各直线段 的电阻将增加, 但在半圆弧段则受到从+εx到-μεx之间变化的应 变, 圆弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电 阻的变化。综上所述, 将直的电阻丝绕成敏感栅后, 虽然长度不 变, 应变状态相同, 但由于应变片敏感栅的电阻变化较小, 因而 其灵敏系数K较电阻丝的灵敏系数K0小, 这种现象称为应变片 的横向效应。
(1 2 E )
（3-12）
实验证明, πE比（1+2μ）大上百倍, 所以（1+2μ）可以忽 略,
R
Ks =

3.4 电阻应变片的测量电路

3.4 电阻应变片的测量电路

3
令：
求得：
dKu dn
1 n2 (1 n)4
0
n 1
当R1=R2=R3=R4时，此时，电压灵敏度最高，输出 电压为：
Uo
E 4
R1 R1
KU
E 4
4
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非线性误差及其补偿方法
输出电压如果不忽略R1/R1，输出为：
n R1
U
' o
E
(1
n
R1 R1 )(1
n)
非线性误差为：
R1
R1
L
Uo Uo' Uo
R1
1 n R1
R1
5
为了减小和克服非线性误差，可以采用差动电桥，在试
件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应 变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。
输出电压为：
Uo
E( R1
R1 R1 R1 R2 R2
R4 R1
E
R3 R1
(1 R1 R2 )(1 R4 )
R1 R1
R3
2
设桥臂比n=R2/R1，由于R1<<R1，考虑到平衡条件：
Uo
n E[(1 n)2
] R1 R1
电桥电压灵敏度定义为：
KU
UO R1
E
n (1 n)2
R1
结论（1）电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压；
（2）电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数。
R3
R3 R1
jwR3C1
R4 R2
jwR4C2
R2 R4 R1 R3
R2 C1 R1 C2
9
R3 R3 R4

应变片测量原理 ppt课件

应变片测量原理 ppt课件

• 一是应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即 1+2μ，往往称之为几何效应；
• 二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即
（dρ/ρ）/ε ，往往称之为压阻效应。 很。难用解析
• 对金属材料：1+2μ＞＞(dρ/ρ)/ε
式描述
• 对半导体材料：(dρ/ρ)/ε＞＞1+2μ
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• 对于金属材料，其压阻效应是很小的， 可以忽略不计，电阻应变效应主要是几
金属薄膜应变片
采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层。
优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范 围广，易实现工业化生产。
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目前箔式应变片应用较多。 金属丝式应变片使用最早。金属丝式应变片蠕变较大， 金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格 便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。 当传感器的弹性体很薄、尺寸很小时，采用箔式应变 片会由于基底材料和粘结剂的存在而对传感器特性产生 不利影响，可采用薄膜式应变片。
机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的 机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之 前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生 的实验误差。
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•零漂
对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其 电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。
产生的原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐 渐变化；粘结剂固化不充分等。
• 选用粘合剂时要根据应变片材料，测试 件材料，应变片的工作条件，如工作温 度、潮湿程度、有无化学腐蚀、稳定性 要求，加温加压固化的可能性，粘贴时 间长短等因素来考虑。

《应变片测量电路》课件

《应变片测量电路》课件

02
敏感元件通常由金属箔或金属丝制成，具有高灵敏度和 稳定性。
03
敏感元件的电阻值会随着应变的变化而变化，从而将应 变转换为电信号。
转换电路
转换电路是将敏感元件输出的 电信号转换为可测量的电压或 电流信号的电路。
转换电路通常由恒流源或恒压 源以及运算放大器等组成。
转换电路的作用是将微弱的电 信号放大并转换为适合测量的 电压或电流信号。
《应变片测量电路》 PPT课件
目录
• 应变片测量电路概述 • 应变片测量电路的组成 • 应变片测量电路的设计与实现 • 应变片测量电路的优化与改进 • 应变片测量电路的发展趋势与展望
01 应变片测量电路概述
应变片测量电路的定义
01
应变片测量电路是一种利用应变 片来测量物理量（如压力、加速 度、温度等）的电子测量电路。
组成。
应变片测量电路的应用
应变片测量电路广泛应用于各种工业 自动化控制系统中，如压力、流量、 液位、温度等参数的测量和控制。
此外，应变片测量电路还可用于人体 生理参数的测量，如血压、心电等。
在汽车、航空、石油化工等领域也有 广泛应用。
02 应变片测量电路的组成
敏感元件
01
敏感元件是应变片测量电路的核心部分，用于感知被测 物体的应变。
多物理场耦合测量技术
将应变片与其他传感器结合，实现多物理场的耦合测量，为复杂环 境下的测量提供更多可能性。
未来展望
更高精度和稳定性
随着新材料和新工艺的研发，未来应变片测量电路将具有更高的 精度和稳定性，满足更严格的应用需求。
更广泛的应用领域
随着技术的不断进步和应用需求的增加，应变片测量电路将在更 多领域得到应用，如生物医学、航空航天等。

电阻应变仪PPT课件

电阻应变仪PPT课件
✓应变仪的输出形式应与记录仪相适应，并注意它们之间的阻抗
匹配。
✓对于静态测量，应根据测试精度要求和测试量来选择仪器的分
辨率（最小应变读数）和测量点数（配预调平衡箱）。
第17页/共31页
应变仪的使用：
（2）应变仪的操作要点： ✓按实测需要确定接桥形式，测点与仪器间的连线应采用金属屏 蔽线，导线要固定，接地点要正确。 ✓根据被测信号的大小，正确选择衰减器的档位，使其输出既有 一定的幅度，又不产生非线性失真。 ✓连接记录器，并注意其阻抗匹配。 ✓对于电标定，其标定应变应根据被测信号的最大值来选用，一 般标定应变＝2/3被测最大值 ✓仪器的预调平衡应在“预调平衡”的档位上进行。
半桥接法(温度补偿）：
R1 KR Rt
R2 KR Rt
U H
U0 4
1 R
(R1
R2
)
U0 4
1
R
KR
U0 4
K (1 )

ˆ 1
KT
1 R
(R1
R2 )
1 KT
1 KR (1 )
R
第27页/共31页
（2）在试件上找到与测点的应变符号相反、比例关系已知、温度 条件相同的另外一个点，则不必另外制作专用于粘贴补偿片的补 偿块，而在这两点上分别粘一片特性相同的应变片，也可实现温 度补偿。
或
Z1 Z 3 Z2 Z4
相对桥臂阻抗之积相等
第7页/共31页
交、直流电桥的异同点
相同点：输出电压的幅值都与被测的应变成正比； 不同点：
直流电桥
输出的是正或负的直流电压，与应 变同频率变化。
从输出电压的正或负，可以判断是 拉应变还是压应变。
交流电桥
输出的是正弦调幅波；

电阻应变计的原理及使用PPT课件

电阻应变计的原理及使用PPT课件

半导体应变片
半导体应变片的敏感栅为半导 体，灵敏系数高，用数字欧姆 表就能测出它的电阻变化，可 作为高灵敏度传感器的敏感元 件。
几何尺寸变化引起的电阻变化远小于由材
料电阻率变化引起的电阻变化，前者可忽
略不计，可得
△R R
L E
从而可得半导体应变片灵敏度系数为
KS=πＬE
最突出优点
半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ 可达60～150，
加工方法有关的常数。
令 Ks (1 2) C(1 2)
而dl/l=ε，这样式成为
△R R
dR R
KS
（若导体截面为宽b厚t的矩形的导体，也可通过类 似推导得出）
Ks取决于以下两个因素：
1）几何尺寸:电阻丝材料本身的机械性能，即由于 金属丝拉伸后,（2+1）项表达的几何尺寸变化; 2）物理性质:电阻丝受力后材料的单位应变系数电 阻变化率，即为d//dL/L项。材料发生变形时,其 自由电子的活动能力和数量均发生了变化的原因. 显然， Ks 愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对 变化愈大，说明应变片愈灵敏。
感器
应变片的筛选
应变片的基地与覆盖层无破损折曲、敏 感栅平直、排列整齐、无绣斑、气泡、 无霉点
用低压（100V）高阻表检查绝缘电阻 量测应变片的初始电阻值。偏差小于
0.6欧姆 选用应变片时，要考虑应变片的性能参
数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、 允许电流和应变极限等。
应变片的精度
普通级：教学 精密级： 高精度传感器和精密测试 高精密级
电阻应变测量 电容应变测量 电感应变测量
（五）、优点
1 测量精度高,量程大（应变仪上所读出的最 大应变值）,灵敏度高（应变仪上所读出的最 小应变值.一般应变片:1微应变）；标距（任 何类型的应变计都不能测出一点的应变） （箔式应变片:0.2毫米）

《应变片测量电路》课件

《应变片测量电路》课件

应变片：一种能够感知机械应变的传感器 工作原理：通过测量应变片的电阻变化来测量机械应变 应变片测量电路：将应变片与测量电路连接，实现对机械应变的测量
应用领域：广泛应用于各种工程领域，如航空航天、汽车制造、医疗设备等
测量应变：用 于测量物体应 变，如桥梁、 建筑、机械等
测量压力：用 于测量流体压 力，如液压系 统、气压系统
灵敏度与测量电路 的放大倍数、噪声 水平等因素有关
提高灵敏度可以提 高测量精度和速度， 但也可能导致测量 误差增大
应变片测量电 路的响应时间 通常在毫秒级
响应时间与应 变片的材料、 尺寸、结构等
因素有关
响应时间会影 响测量结果的 准确性和稳定
性
提高响应时间 可以改善测量 性能，但会增 加电路复杂度
滤波
应用：在应变片测量电路中， 用于滤除高频噪声和低频干扰，
提高测量精度
作用：将模拟信号转换为数字信号 组成：包括采样保持电路、量化电路、编码电路等 采样保持电路：将模拟信号转换为时间离散信号 量化电路：将时间离散信号转换为幅度离散信号 编码电路：将幅度离散信号转换为数字信号 应用：广泛应用于各种测量、控制和通信系统中
网络化：实现远程监控和数据传输，提高 测量的实时性和便捷性
环保化：采用环保材料和工艺，降低对环 境的影响
标准化：制定统一的技术标准和规范，提 高测量结果的可比性和可靠性
医疗健康：用于监测人体生理参数，如血压、心率等 工业自动化：用于监测工业设备的运行状态，如温度、压力等 航空航天：用于监测航天器的运行状态，如温度、压力等 环保监测：用于监测环境参数，电路的 稳定性主 要取决于 应变片的 性能
应变片的 稳定性包 括线性度、 灵敏度、 温度稳定 性等
线性度是 指应变片 在测量范 围内输出 信号与输 入信号的 线性关系

金属电阻应变片 ppt课件

金属电阻应变片 ppt课件

60
25
ppt课件
6
4、应变片主要技术指标（续）
1）几何参数：表距 l 和丝栅宽度b，制造厂常用
b× l 表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值。
3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
ppt课件
7
5、金属电阻应变片的材料
1）类型： 金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式 半导体应变片：体型、薄膜型和扩散型
2）结构 金属电阻应变片的类型和结构如下图所示，它由敏感
栅粘贴在基底上，上面覆盖保护层构成。基底有纸基和胶 基两种。
应变片的纵向尺寸为工作长度，反映被测应变，其横 向应变将造成测量误差。
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4
引线
覆盖层 基片
b
8
6、应变片的使用
（1）应变片的选择 主要考虑尺寸、初始电阻、 绝缘电阻及允许工作电流。
（2）应变片粘贴 应变片的粘合剂的种类很多， 要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性， 是否加温加压以及粘贴时间等多种因素合理选择 粘合剂。应变片的粘贴工艺包括： 1）试件的表面处理。清洁 2）确定贴片位置。在试件应变最大的部位。 3）粘贴。清洗试件表面和应变片的底面, 涂敷粘 合剂，将应变片贴在确定的位置处。贴片后，在 应变片上盖上一张玻璃纸并加压，排出多余的胶 水和气泡。
Uo
≈Ui 4
( R1 R1
-
R2 R2
)
式（2-2-5）
ppt课件
12
(3)差动工作方式：
为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图2-2-3所示， 在
试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变， 接入电

应变片的测量电路PPT课件

应变片的测量电路PPT课件

4 R1 R2
4 R1 P R1 T R2 T
补偿片的温升与工作片相同，
R1 R2 R1 T R2 T
则输出电压为：
U E R1 4 R1
仅得到拉应变 P。
P

1 4
K
P
例1 图示 所示受拉构件，测拉应变。 方案一：图a, R1电阻变化有：拉力P及温度效应：
1 1P 1T
讨论输出端开路情况:
• 推导输入端有一定电压时的电桥输出电 压表达式
讨论输出端开路情况:
假设直流电源E 内阻很小;UAC=E
电流: I1,2

R1
E R2
I 3, 4

R3
E
R4
电压降:
U AB

ER1 R1 R2
U AD

ER4 R3 R4
电桥的输出 电压U等于
UBD U D UB U AB U AD
R1→ R1 +∆R1; R2→ R2+∆R2 R3→ R3 +∆R3 ; R4→ R4 +∆R4
R1 R1 R2 R2
U E
R4 R4 R3 R3
R1 R3 R4 R4
展开多项式,忽略二阶张量,利用
R1R3 R2 R4
• 半等臂电桥:
•
R1=R2=R’, R3=R4=R’’ ,
不相等.
R’ 与R’’
电桥输入电压恒定时,输出电压 与桥臂电阻变化率之间的关系
U E [ R1 R2 R3 R4 ]
4 R1
R2
R3
R4
[1 1 (R1 R2 R3 R4 )]1
2 R1 R2 R3 R4
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压表，用“调零”电位器调整差动放大器输
出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位 器位置不要变化。
15V电源 开关
电0 0压0表0
-
IN
+
调零
增益 4
实验步骤
2、如图2将实验部件用实验线连接成测试桥
路。直流激励源为±4V，R接入应变片。测微头
装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁
处于基本水平状态。 +4V

E
R R

E2 K
实验设备
悬臂梁测 微仪 电阻式传感器 悬臂横梁
永久磁钢 差动变压器 铁芯
振动平台测微仪
差动变压器 副边线圈 电容式传感器 差动变压器
原边线圈 差动变压器 副边线圈
3
实验步骤
1、运算放大器调零：开启仪器电源,差动放大器 增益约100（顺时针方向旋到底）,“＋、－” 输入端用实验线对地短路。输出端接数字电
位移 （mm）
单臂 输出 (V)
半桥 输出 （V）
全桥 输出 (V)
0.5 0
0.015 0
0 0
灵 敏 度
7
实验步骤
3、确认接线无误后开启仪器电源，调整电桥 WD电位器，使测试系统输出为零。
WD
+4V
调 零
-4V
0.000
-
IN
电压表
+
增 益
8
实验步骤
4、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下运 动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各 5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电 压值并填入报告表格，根据表中所测数据计算灵敏度 K，K= V/X,并在坐标图上做出X-V关系曲线。
实验二
电阻应变片三种测量电路性能比较实验
目的：(有2点）
1. 进一步了解电阻应变片的特性，掌握传 感器的工作原理。
2. 掌握应变片在直流电桥中的几种连接方法， 并通过每种接法的输入输出特性，分析应变式 传感器和应变片的灵敏度及线性度。
1
实验原理
在悬臂梁的正反面贴有应变片电阻。利用这四
个应变片电阻可构成三种测量电路。当在应变梁的
位移 （mm）
单臂 输出 (V)
半桥 输出 （V）
全桥 输出 (V)
0.5 0
0.015 0 0.03 0
0
灵 敏 度
9
+4V Wb
-4V
R1
实验步骤
R 全桥电路
差放
R1
R4
-
+
R2
R3
测量电路原理图
R4
电压表 V
电压表
-
IN
+
WD +4V
调 零
-4V
增 益
10
实验步骤
4、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下运 动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各 5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电 压值并填入报告表格，根据表中所测数据计算灵敏度 K，K= V/X,并在坐标图上做出X-V关系曲线。
自由端加力时，产生弯曲变形。粘贴在表面的电阻
应变片也随之变形，从而阻值也偏离初值。若将应
变片电阻构成电桥测试电路，电桥的输出电压与所
加力之间的关系就是应变特性。
单臂直流电桥的输出表达式为：U 0

E 4

R R

E 4
K
半桥直流电桥的输出表达式为Fra bibliotekU 0
E 2

R R

E 2
K
全桥直流电桥的输出表达式为：U 0
位移 （mm）
单臂 输出 (V)
半桥 输出 （V）
全桥 输出 (V)
0.5 0
0.015 0 0.03 0 0.06 0
灵 敏 度
11
实验步骤
5、撰写实验报告 实验报告： 1、绘出实验原理图，并加以说明。 2、列出实验条件，整理测试数据，并在同一坐标图上，
分别绘出三种桥式测量电路的特性曲线U0=f(x)。
R1
R´
差放
电压表
Wb -4V
R
R2 全桥电路
-
+ +
R3
图2
V
+
电压表
IN
调
增
WD
零
益
5
实验步骤
3、确认接线无误后开启仪器电源，调整电桥 WD电位器，使测试系统输出为零。
WD
+4V
调 零
-4V
0.000
-
IN
电压表
+
增 益
6
实验步骤
4、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下运 动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各 5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电 压值并填入报告表格，根据表中所测数据计算灵敏度 K，K= V/X,并在坐标图上做出X-V关系曲线。
3、求取各种测量电路的灵敏度，并结合特性曲线分析 不同测量电路的特点及线性度。
12