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o所以,动态误差t1?t2?300?285.15?14.85(C)。
25℃
R1 F 题3-6图
3-1 什么是应变效应?什么是压阻效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 【答】
1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为电阻应变效应。
2、半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。
3、应变式传感器的基本工作原理:当被测物理量作用在弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变,变换成相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,将引起应变敏感元件的阻值发生变化,通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。 3-2 试述温度误差的概念、产生的原因和补偿的办法。 【答】
1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。
2、产生的原因有两个:一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差;二是当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时,由于环境温度的变化,电阻丝会产生附加变形,从而产生附加电阻变化。 3、电阻应变片的温度补偿方法通常有:线路补偿和应变片自补偿 。
3-3 电阻应变片的直流电桥测量电路,若按不同的桥臂工作方式可分为哪几种?各自的输出电压如何计算?
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【答】
1、可分为:单臂电桥、半差动电桥和全差动电桥三种。
E?R2、单臂电桥输出电压为:U0?
4R半差动电桥输出电压为:U0?E?R
2R?R R
全差动电桥输出电压为:U0?E3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片,并组成差动全桥测量电路,试问: (1)四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上? (2)画出相应的电桥电路。 【答】
1、在悬臂梁力传感器中,一般将应变片贴在距固定端较近的表面,且顺梁的方向上下各贴两片,上面两个应变片受压时,下面两个应变片受拉,并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压灵敏度,又可减小非线性误差。
图3-1等截面积悬臂梁
2、差动全桥测量电路
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图3-2差动全桥测量电路
3-5 题3-3图为一直流电桥,图中E=4V,R1= R2= R3= R4=120Ω,试求:
(1)R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出的电压U0=? (2)R1 、R2都是金属应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,电桥输出的电压U0=?
(3)题(2)中,如果R2 与R1感受应变的极性相反,且ΔR1=ΔR2=1.2Ω,电桥输出的电压U0=?
图3-3直流电桥测量电路
【解】
1、电桥输出电压为 :
?R1??R1R3120?1.2120?U0?E???4?(?)??9.95mV?10mV
(R??R)?RR?R240?1.22401234?1?2、电桥输出电压为 :
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?R3?R1??R1U0?E????0mV
(R??R)?(R??R)R?R12234??13、当R1受拉应变,R2受压应变时,电桥输出电压为 :
?R3?R1??R1121.21U0?E???4?(?)?20mV ?(R??R)?(R??R)R?R240212234??1当R1受压应变,R2受拉应变时,电桥输出电压为 :
?R3?R1??R1118.81U0?E???4?(?)??20mV ?2402?(R1??R1)?(R2??R2)R3?R4?
3-6 题3-4图为等强度梁测力系统,R1为电阻应变片,应变片灵敏度系数K=2.05,未受应变时,R1=120Ω。当试件受力F时,应变片承受平均应变ε=800μm/m,试求: (1)应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。
(2)将电阻应变片R1置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误差。
(3)若要减小非线性误差,应采取何种措施?分析其电桥输出电压及非线性误差大小。
3-6 题3-6图为等强度悬臂梁测力系统,R1为电阻应变片,应变片灵敏系数K=2.05,未受应变时,R1?120?。当试件受力F时,应变片承受平均应变?=800?m/m,试求:
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① 应变片电阻变化量?R1和电阻相对变化量?R1/R1。
② 将电阻应变片R1置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误
差。
③ 若要减小非线性误差,应采取何种措施?分析其电桥输出电压及非线性误差大小。
?4已知:K=2.05,R1?120?,??800?m/m?8.00?10,E?3V
求:?R1/R1,?R1,U0, ?L 解:
?4?3①应变片的电阻相对变化量为 ?R1/R1?K??2.05?8.00?10?1.64?10
电阻变化量为
??R??R1?R1?1??120?1.64?10?3?0.1968???
?R1?②设电桥的倍率n=1,则电桥的输出电压为
U0B??R1?E??R1?3?3?3E??????1.64?10?1.23?10?V? 2?4?R1?4?1?n??R1?n?R1??R1?2RR11电桥的非线性误差为 ?L?????R1??1??R1?1?n???2R1R??1?
??1.64?10?3???0.08% ?3?2?1.64?10??R1 F R1 R4 R2 BR1+?R1AR3DER2-?R2CR4
BR1+?R1AR2-?R2C+
+Uo
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Uo-R3-?R3R4+?R4DE-(a)(b)
传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案-------郁有文---常健---程继红-著
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