西北工业大学：《传感器原理及应用——传感器技术》第四讲 应变式传感器的应用

应变式传感器的应用

应变式传感器的应用

应变式传感器的非线性误差分析 应变式高精度伎感器是一个多变系 统,非线性误差的影响因索很多,这需要从传 感器的结构上去分析。应变式高精度传感器 般有掸性元件,电阻应变片和测量电路三 人那分组成,工作原理用图表示如下;

应变式传感器的非线性误差分析

牌性元件产生的非线性误差 对于形弹性元件,在载荷P作用下,弹 性元件的应变ε的计算公式为 EF E 式中P 弹元件的戳面积 弹性元件的半径 E 单性優量 对于高精度传感器,必须考虑泊松比世 对截面积的影响,如图1所示,则有: 因为ε很小,略去其高次项,整理得 F=r2(1+2E) (2) 由(1)式知:

F TAEF 图1弹性元件受载后的截面变化

联立(2)、(3)式并整理得 4) 式(4)即是鱼载P与应变E之间关系的 特性曲线方程、如图2所示。从图中可看出, 弹性元件在载荷P作用下其应变存在非线 性,且产生的非线性误差为正值

=“R/R dL/I (5) 即:de/R=S·d/l (6) 式中a.-电阻丝长度的微量变化 dR——电阻丝电阻的变化量 S—-灵敏度 对于高精度传感器,在弹性元上一般 粘贴两片竖片,两片横片,组成惠斯登桥路; 当在压力载荷作用下,两片竖片受乐载荷作 用电阻值减小;两片横片,电阻增大

对于横片,将(6)式两端积分: +△ANdR p△ R 积分整理得 R=(1+z)°-1 (7) 将(7)式右端第一项用级数展开,忽略c 的高次项,有; △R R機=Se+2S(S-1)e2(8) 对于竖片将(6)式两端积分: P-△RdR R 同理可得; △R r)g=se-S(S-1)e (9 式中ε——为△/的比值

尺RRR A

式(8)(9)为应变c与应变片电阻变化 △R之间关系的特性曲线方程,如图3所示, 电阻应变片也存在非线性误差,当受压时,产 生正的非线性误差受拉时,产生负的非线性 误差。 日前,应变式高精度传感器大都采用惠 斯登桥路,如图4所示,图中CC2,G3G1是 粘贴在弹性元件上的应变片,其中G,G是 竖片,G2G是横片;△U是桥路的翰出电压; U是桥路的输入电压