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电阻应变式称重传感器工作原理

2019-11-19

  一、宁波称重传感器工作原理和构成

  电阻应变式宁波称重传感器之所以能作为质量一电量的转换元件,是基于金属丝在受拉或受压后会发生弹性变形,其电阻值也随之产生相应的变化这一物理特性实现的。当电阻应变片的金属丝承受外力作用发生弹性变形时,它的长度L、截面积Js以及电阻率lD均会发生相应变化。此时其电阻相对变化为在钢制圆柱体上,成对地在纵向和横向上贴有R1,R2,R3,R4共4个电阻应变片,它们组成一个全桥式测量电路。

  A、c两点接人激励电压u,一般是用交流或直流稳压电源供电,B、D两点为输出端,工作时将输出电信号u。这种桥式测量电路,可以灵敏地测量10-3~10-6量级的微小电阻值变化。当圆柱体(弹性体)受物体的重力(mg)作用(压或拉)时,圆柱体便产生弹性变形,粘在其表面的电阻应变片随其同步地变形,因而改变了它们的电阻值。电阻应变片的长度L、截面积S、电阻率10均随之发生变化。由于电阻应变片组成的挢式电路是平衡的,电阻应变片的电阻变化会引起电桥的不平衡,从而输出电信号,该信号与物体的质量(mg)成正比。根据上述原理制成的称重传感器主要由三部分组成,即弹性元件、电阻应变片和测量电路。用专门、十分严格的粘贴技术并通过连接线将这三者起来,就可以实现质量一电量信号之间的线形变换。

  二、电阻应变片的主要技术特性

  1、灵敏度金属丝的灵敏度系数(Ko)是表示金属丝受力后,电阻的相对变化与轴向长度的相对变化之间的关系。当将金属丝制成应变片之后,应变片的灵敏度系数K就是一个新的量值了,而且K恒小于Ko。这是由于除了胶基对力传递变形失真外,主要还存在有横向效应,而且K还是温度的函数,所以对K的主要要求是稳定性。

  2、横向效应粘贴在试件上的应变片,其敏感栅由许多条直线及圆角部分组成。当受到纵向应力之后,直线段的电阻将增加,圆角部分的电阻将减小,其综合效应是使应变片的灵敏度下降,这种现象称为应变片的横向效应。在工程上采用箔式应变片可以减小横向效应。

  3、线性度试件上的应变敏感元件,其电阻的相对变化AR/R理论上呈线性关系。实际上,当施加到试件上的力超过一定范围时,就会出现非线性关系。

  4、机械滞后和热滞后当对贴有应变片的试件循环加载和卸载时,应变片的AR/R与A///之间的特性曲线的不重合程度称为机械滞后。把加载和卸载特性曲线的zui大差异值称为应变片的机械滞后值。它的物理意义是,保持外界条件不变,对试件循环加载、卸载过程中,对同一载荷,应变片输出的差值即为机械滞后值。当试件受到恒定外力,环境温度改变时应变片的电阻也要变化。在循环改变温度时,应变片在同一温度下电阻的差值称为应变片的热滞后值。工程上只对在中温(60。3500C)和高温(大于350℃)条件下使用的应变片考虑热滞后特性。’

  5、零漂和蠕变在恒温条件下,贴有应变片的试件不承受载荷,应变片的阻值随时间变化的情况称为应变片的零漂。在恒温条件下,加到贴有应变片的试件上的载荷力恒定,应变片的应变输出随时间变化的情况称为应变片的蠕变。

  6、应变极限粘贴在试件上的应变片所能测量的zui大载荷力称为应变极限。在恒温条件下,缓慢均匀地施加载荷力,当应变片的输出大于机械应变的10%时,就认为应变片已接近破坏状态,此时的应变值就称为应变极限值。

  7、电阻应变片的疲劳寿命应变片粘贴到试件上之后,在应变极限之内往复循环地施加载荷,应变片所能承受某一特定载荷作用的循环次数为应变片的疲劳寿命。一般这一指标可达I×106次。

  8、电阻应变片的容许电流应变片接成桥路之后,当有电流通过时,将会产生热量,可以使电阻应变片的温度升高。当电流超过允许电流值时,可能造成应变片烧断栅丝。显然,允许电流与试件的尺寸、材料的导热系数及应变片本身的尺寸等条件有关。使用中不允许超过允许电流的数值并注意相关的条件。

  9、电阻应变片的绝缘电阻应变片的引线与试件之间的电阻值称为绝缘电阻。它的数量级为兆欧级。

  10、电阻应变片的动态响应特性进行动态测量时,应变是以应变波的形式在材料中传播(传播速度与声波相同),当应变波在应变片的敏感栅的轴向传播时,将会产生延迟。当测量以正弦规律变化的载荷时,应变片反映的应变波形是线栅长度内所感受变量的平均值,故所反映的波幅将低于实际应变数,而造成测量误差。其误差还将随应变片的基长增大而增加。一般制造动态测量用应变片时,要将应变片的基长设计成应变波长的1/10-1/20