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应变式压力传感器分类及使用方法合集

应变式压力传感器分类及使用方法合集

文章来源:深圳必优传感  作者:  点击:38次  时间:2018/1/3 10:26:32
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1、应变式压力传感器分类介绍

  应变计中应用最多的是粘贴式应变计(即应变片)。它的主要缺点是输出信号小、线性范围窄,而且动态响应较差(见电阻应变计、半导体应变计)。但由于应变片的体积小,商品化的应变片有多种规格可供选择,而且可以灵活设计弹性敏感元件的形式以适应各种应用场合,所以用应变片制造的应变式压力传感器仍有广泛的应用。按弹性敏感元件结构的不同,应变式压力传感器大致可分为应变管式、膜片式、应变梁式、组合式四种。

  ①应变管式  又称应变筒式。它的弹性敏感元件为一端封闭的薄壁圆筒,其另一端带有法兰与被测系统连接(图1)。在筒壁上贴有2片或4片应变片,其中一半贴在实心部分作为温度补偿片,另一半作为测量应变片。当没有压力时 4片应变片组成平衡的全桥式电路;当压力作用于内腔时,圆筒变形成腰鼓形,使电桥失去平衡,输出与压力成一定关系的电压。这种传感器还可以利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简单、制造方便、适用性强,在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力测量方面有广泛应用。

  ②膜片式  它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时,中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值,而边缘处径向应变达到负的最大值,切向应变为零。因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处,并接成相邻桥臂的半桥电路以获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计(见电阻应变计)则能最大限度地利用膜片的应变效果(图2)。这种传感器的非线性较显著。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身,即采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散制作电阻条,并采用周边固定结构制成的固态压力传感器(见压阻式传感器)。

  ③应变梁式  测量较小压力时,可采用固定梁或等强度梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换为力再通过传力杆传递给应变梁。图3中两端固定梁的最大应变处在梁的两端和中点,应变片就贴在这些地方。这种结构还有其他形式,例如可采用悬梁与膜片或波纹管构成。

  ④组合式  在组合式应变压力传感器中,弹性敏感元件可分为感受元件和弹性应变元件。感受元件把压力转换为力传递到弹性应变元件应变最敏感的部位,而应变片则贴在弹性应变元件的最大应变处。实际上较复杂的应变管式和应变梁式都属于这种型式。感受元件有膜片、膜盒、波纹管、波登管等,弹性应变元件有悬臂梁、固定梁、Π形梁、 环形梁、薄壁筒等。它们之间可根据不同需要组合成多种型式。

  2、应变片使用方法

  通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是a/d转换和cpu)显示或执行机构。

  常用的力测量方法是用应变片和应变仪测量构件的表面应变,根据应变和应力、力之间的关系,确定构件的受力状态。

  应变仪采用交流电桥时,输出特性与直流电桥(直流电桥的输出特性)类似。应变片的布置和电桥组接(简称布片组桥)应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式消除温度变化和复合载荷作用的影响。

  测量拉伸(压缩)应变时要采用适当的布片组桥方式,以便达到温度补偿(测轴向拉(压)时的温度补偿)、消除弯矩影响(用双工作片消除温度的影响)和提高测量灵敏度(用四工作片提高测量的灵敏度)的目的。

  常用应力测量的布片和组桥方式: 当试件受到弯矩作用时,其上、下表面会分别产生拉应变或压应变。可通过应变测量求得弯矩,布片接桥时要注意利用电桥特性,在输出中保留弯应变的影响,消除轴向拉、压力产生的应变成分。

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