应变片 试件

应变方向

图 2-6 应变片工作原理

理论原理可以得出,在一定电阻丝拉伸范围内,金属丝的电阻变化率和应变 程度成正比线性关系,即:

该式中,R 是应变片原始电阻阻值, R 是应变片电阻值的相对变化量,l 是金属丝的长度,K 是应变片的灵敏系数,k 与敏感栅材料、形式、尺寸、工艺 有关,范围一般是 1。7-3。6。

应变片的使用:常温时通常将应变片粘贴在试件表面,贴片质量的好坏直接 影响到后续工作。先打磨清洗待贴位置,再剔除敏感栅的形状缺陷,测量应变片 的电阻值,接着粘贴应变片,加热烘干,最后检查防护以备后用。

2。2。2 电桥测量模块研究和比较

应变电测方法由于若用万用表很难测量出电阻值,一般是 μV 的级别,电桥 测量电路就是为了将电阻变化转化为电压或者电流信号,产生电信号供后接装置 进行进一步分析处理。电桥的分类有很多种,根据电源性质的不同可分为直流电 桥和交流电桥,电桥按照接桥方式分为单臂电桥、半桥和全桥,转成成的信号可 以分为电压型电桥或者电流型电桥等,其中电桥一般采用恒压源。

采用直流电桥缺点是:零点漂移没有得到好的解决、稳定性不好,不能有效 放大极小的电阻信号。优点:分布电容不影响平衡桥路,操作方便,频率较高的 信号也可测出。交流电桥电阻应变仪供电电源频率高和引线分布电容都能影响桥 路平衡,也不好测量出高频变化的信号。

通常是将直流电桥转换成电压或者电流信号,下面研究电压型和电流型电桥 测量原理:

(1) 电压型单臂电桥 电压型单臂桥电路图如图所示。

图片中 R4 为应变片的本体电阻,R1、R2、R3 为三个桥臂的电阻,Uo 为 电桥供电电压,U 为电桥的输出电压,公式为:

(R 4 R 4)R 2 R 1R 3

R 1R 3 R 21R 2 R 3(R 4 R 4) R 2(R 4 R 4)

要达到电桥平衡,就要使得 R1R3-R2R4=0,意味着电阻变化量为 0,输出电 压为 0。

相对误差表示非线性误差的公式为:

可以看出非线性误差随着 增加而变大,输出电压 U 是需要给应变片提供恒 定电流的,公式为

可以看出 R4 电阻变化时,电桥输出电压不能保持现行增加,这也从根本上 导致了增大了电压型电桥的非线性误差。

(2) 电流型单臂电桥

图 2-8  电流型单臂桥电桥

I (R 4 R 4 R 1)(R 2 R 3)

R 4 R 4 R 1 R 3 R 2

假设 R4=R1,R3=R2,再代入上面的公式得出:

由上述公式可得当 R3 趋向于无穷大时,非线性误差相应趋向于为 0,弥补 了电压型电桥的缺点。从电路上也可以分析出来,R3 电阻很大时,流过的电流 就很小,大部分的电流也就通过 R4,相当于恒流,由 2-4、2-5 公式可得,电桥 输出电压与电阻变化量成比例关系。

多通道的电阻应变仪提高测试效率,较多采用单臂电桥测试。因为只需要一 个工作应变片,节约成本,提高效率。缺点之一就是存在非线性误差,修正的方 法有硬件电路和软件方法。

(3) 单臂电流型电桥采用电压缓冲器 如果在精度和带宽都有较高的要求,就采用增加电压缓冲器的方法,输入电

阻可以为 1G,R2、R3 都成为了高值电阻,大于应变片电阻的 100 倍,由上面的 分析可知,误差可以忽略不计。电路图如下所示。电压缓冲器选用下面用作滤波 的芯片 OP07,使用方式就是 2 脚连着 6 脚,正负电源分别连着 3 脚和 2 脚,6 脚为输出,其他脚都不连。此方案获得较好的信噪比和叫宽带宽。

上一篇:STM32一级旋转倒立摆设计+电路图+程序
下一篇:PID旋翼飞行器定点投送系统设计+电路图+程序

STC89C52单片机的温度控制系统设计+电路图

FAST风速观测器的设计与实验验证

CCHP考虑热网特性的综合能源系统的研究

基于状态估计的控制系统...

LQG四分之一汽车悬架系统的主动抗扰控制

MATLAB的GUI倒立摆控制系统设计与实现

基于RS-485的电梯呼梯装置设计+电路图

ASP.net+sqlserver企业设备管理系统设计与开发

老年2型糖尿病患者运动疗...

LiMn1-xFexPO4正极材料合成及充放电性能研究

新課改下小學语文洧效阅...

安康汉江网讯

网络语言“XX体”研究

我国风险投资的发展现状问题及对策分析

张洁小说《无字》中的女性意识

麦秸秆还田和沼液灌溉对...

互联网教育”变革路径研究进展【7972字】