第2章 電阻式傳感器

1、傳感器與檢測技術(shù)傳感器與檢測技術(shù) 主講教師：王國榮主講教師：王國榮2.2 2.2 應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理 金屬電阻應(yīng)變片主要特性金屬電阻應(yīng)變片主要特性 溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差及其補(bǔ)償 應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路 應(yīng)變片式電阻傳感器的應(yīng)用舉例應(yīng)變片式電阻傳感器的應(yīng)用舉例第第2章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 2.1 2.1 電位器式電阻傳感器電位器式電阻傳感器第第2 2章章 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器的電阻式傳感器的基本原理基本原理是是將被測量的變化轉(zhuǎn)換將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過

2、測量電路變成成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過測量電路變成電信號輸出。電信號輸出。按工作的原理可分為按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式、變阻器式、電阻應(yīng)變式、 熱敏式、光敏式、電敏式熱敏式、光敏式、電敏式等。等。電阻傳感器常用來測量電阻傳感器常用來測量位移位移、力力、壓力壓力、應(yīng)變應(yīng)變、 扭矩扭矩和和加速度加速度等非電量。等非電量。2.1 2.1 電位器式電阻傳感器電位器式電阻傳感器 電位器是一個(gè)機(jī)電傳感元件，它電位器是一個(gè)機(jī)電傳感元件，它作為傳感器可以將作為傳感器可以將機(jī)械位移機(jī)械位移或其它能或其它能轉(zhuǎn)換為位移的非電量轉(zhuǎn)換為與其有一轉(zhuǎn)換為位移的非電量轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的定函數(shù)關(guān)系的電

3、阻值電阻值的變化，從而引的變化，從而引起起輸出電壓輸出電壓的變化。的變化。一、電位器式傳感器的種類一、電位器式傳感器的種類 由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的導(dǎo)線按一定規(guī)律繞在絕緣骨架上，用電刷（活由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的導(dǎo)線按一定規(guī)律繞在絕緣骨架上，用電刷（活動(dòng)觸點(diǎn)）調(diào)節(jié)阻值大小。動(dòng)觸點(diǎn)）調(diào)節(jié)阻值大小。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，輸出特性精度高（可達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，輸出特性精度高（可達(dá)0.1%）且穩(wěn)定，輸）且穩(wěn)定，輸出信號大，受環(huán)境影響小。由于電阻元件與電刷間的摩擦，可靠性和壽命受出信號大，受環(huán)境影響小。由于電阻元件與電刷間的摩擦，可靠性和壽命受到影響，分辨力也較低。到影響，分辨力也較低。 由電阻液

4、（用石墨、碳黑、樹脂等材料配置而成）噴涂在絕緣骨架表面由電阻液（用石墨、碳黑、樹脂等材料配置而成）噴涂在絕緣骨架表面上形成電阻膜。上形成電阻膜。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：分辨力高、阻值范圍寬、耐磨性好、工藝簡單、成本低，其線性分辨力高、阻值范圍寬、耐磨性好、工藝簡單、成本低，其線性度在度在1%左右（經(jīng)修刻后，可提高到左右（經(jīng)修刻后，可提高到0.1% ）；接觸電阻大，抗潮性差，噪聲）；接觸電阻大，抗潮性差，噪聲較大。較大。 在玻璃或陶瓷基體上用真空蒸發(fā)或電鍍的方法涂覆一層金屬復(fù)合膜而制在玻璃或陶瓷基體上用真空蒸發(fā)或電鍍的方法涂覆一層金屬復(fù)合膜而制成。成。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：電阻系數(shù)小，分辨力高，可工作在高溫環(huán)境；

5、耐磨性差、功率電阻系數(shù)小，分辨力高，可工作在高溫環(huán)境；耐磨性差、功率小、阻值較低（小、阻值較低（1K2K）。）。 由塑料粉及導(dǎo)電材料（如金屬合金、碳黑、石墨）的粉料由塑料粉及導(dǎo)電材料（如金屬合金、碳黑、石墨）的粉料經(jīng)塑壓而成。經(jīng)塑壓而成。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：耐磨性極高，電刷接觸壓力要求較大，抗沖擊振動(dòng)耐磨性極高，電刷接觸壓力要求較大，抗沖擊振動(dòng)性能好，分辨力高，線性度一般性能好，分辨力高，線性度一般2%，阻值范圍大，功率大；，阻值范圍大，功率大；阻值易受溫、濕度影響、接觸電阻大、精度不高。阻值易受溫、濕度影響、接觸電阻大、精度不高。 5. 以合金（如鈀銀）、合金氧化物（如二硅化鉬）、難溶化以合金（如

6、鈀銀）、合金氧化物（如二硅化鉬）、難溶化合物（如碳化鎢）等為電阻材料，以玻璃釉粉為粘合劑燒合物（如碳化鎢）等為電阻材料，以玻璃釉粉為粘合劑燒結(jié)在陶瓷或玻璃基體上制成。結(jié)在陶瓷或玻璃基體上制成。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：分辨力很高、耐磨、耐高溫、抗?jié)瘛⒆柚捣秶鷱V、分辨力很高、耐磨、耐高溫、抗?jié)?、阻值范圍廣、電阻溫度系數(shù)小（約電阻溫度系數(shù)?。s2.510-4/）；精度不高、接觸電）；精度不高、接觸電阻大。阻大。 是一種非接觸式電位器，一光束代替常規(guī)的電刷。一般采用氧化鋁作是一種非接觸式電位器，一光束代替常規(guī)的電刷。一般采用氧化鋁作基體，在其上蒸發(fā)一條帶狀電阻薄膜（鎳鋁合金或鎳鐵合金）和一條導(dǎo)電基體，在其上蒸發(fā)

7、一條帶狀電阻薄膜（鎳鋁合金或鎳鐵合金）和一條導(dǎo)電極（鉻合金或銀）。極（鉻合金或銀）。 圖圖1是這種電位器的結(jié)構(gòu)圖。平時(shí)無光照時(shí)，電阻體是這種電位器的結(jié)構(gòu)圖。平時(shí)無光照時(shí)，電阻體 和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層電阻很大而呈現(xiàn)絕緣狀和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層電阻很大而呈現(xiàn)絕緣狀 態(tài)。當(dāng)光束照射在電阻體和導(dǎo)電電極的間隙上時(shí)，由態(tài)。當(dāng)光束照射在電阻體和導(dǎo)電電極的間隙上時(shí)，由 于光電導(dǎo)層被照射部位的亮電阻很小，使電阻體被照于光電導(dǎo)層被照射部位的亮電阻很小，使電阻體被照 射部位和導(dǎo)電電極導(dǎo)通，于是光電電位器的輸出端就射部位和導(dǎo)電電極導(dǎo)通，于是光電電位器的輸出端就 有電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位

8、有電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位 置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移轉(zhuǎn)換為電壓信號輸置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移轉(zhuǎn)換為電壓信號輸 出。出。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：光電電位器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸型，不存在磨損問題，它不會光電電位器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸型，不存在磨損問題，它不會對傳感器系統(tǒng)帶來任何有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器的精度、壽對傳感器系統(tǒng)帶來任何有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器的精度、壽命、可靠性及分辨率。光電電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻大，線性度差。由于命、可靠性及分辨率。光電電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻大，線性度差。由于它的輸出阻抗較高，需要配接高輸入阻抗的放大器。盡管光電電位器有著它的輸出阻抗較高

9、，需要配接高輸入阻抗的放大器。盡管光電電位器有著不少的缺點(diǎn)，但由于它的優(yōu)點(diǎn)是其它電位器所無法比擬的，因此在許多重不少的缺點(diǎn)，但由于它的優(yōu)點(diǎn)是其它電位器所無法比擬的，因此在許多重要場合仍得到應(yīng)用。要場合仍得到應(yīng)用。 1 2 3 132直線型直線型旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型二、線繞電位器式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)二、線繞電位器式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)圖圖2 線繞電位器結(jié)構(gòu)圖線繞電位器結(jié)構(gòu)圖圖圖3 線繞電位器實(shí)物圖線繞電位器實(shí)物圖UiRx0Rx(等效電路等效電路)三、線性線繞電位器電輸出特性三、線性線繞電位器電輸出特性VorR(L)Vix圖中：圖中：Vi電位器輸入電壓；電位器輸入電壓； V0電位器輸出電壓；電位器輸出電

10、壓； R電位器總電阻；電位器總電阻； L電位器總行程；電位器總行程； x電刷行程；電刷行程； r電刷行程電刷行程x處對應(yīng)電阻；處對應(yīng)電阻； b骨架寬度；骨架寬度； h骨架高度；骨架高度； t線繞節(jié)距；線繞節(jié)距； RL負(fù)載電阻。負(fù)載電阻。 l 視在分辨力視在分辨力 階躍值為階躍值為iVVnV視在分辨力；視在分辨力；n 電位器線圈總匝數(shù)電位器線圈總匝數(shù) 如如Vi10V，n100匝，匝， 則則V0.1V，這意味著輸出電壓以，這意味著輸出電壓以0.1V的階躍形式增加，即的階躍形式增加，即為輸入電壓的為輸入電壓的1，不能給出小于，不能給出小于0.1V的電壓變化。的電壓變化。 l 負(fù)載誤差負(fù)載誤差在在RL

11、條件下，輸出電壓的表達(dá)式為條件下，輸出電壓的表達(dá)式為 02()iiLLLLLLLLVV r Rr RrRVIr RrRrRR RrRrRrrR0iiVVVrxRL顯然顯然RL時(shí)，時(shí)， 由負(fù)載電阻為有限值產(chǎn)生的相對負(fù)載誤差為：由負(fù)載電阻為有限值產(chǎn)生的相對負(fù)載誤差為： 200201100%1100%1100%1iLLRLiLLV r RVVR RrrrVrrVrRRR R11100%1(1)LrmXX若令負(fù)載系數(shù)若令負(fù)載系數(shù)mR/RL，行程比，行程比Xr/R=x/L，則有，則有2(2)01(1)LdrmXmdXmXXLr 對對求一階導(dǎo)數(shù)求一階導(dǎo)數(shù) Lr12X 12xL 取取的極大值的極大值 ， ，

12、亦即，亦即可見相對負(fù)載誤差在可見相對負(fù)載誤差在x=1/2L處有極值。處有極值。 （負(fù)載誤差最大）（負(fù)載誤差最大）2.2 2.2 應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器 在幾何量和機(jī)械量測量中，最常用的傳在幾何量和機(jī)械量測量中，最常用的傳感器是感器是某些金屬和半導(dǎo)體材料制成的某些金屬和半導(dǎo)體材料制成的電阻應(yīng)電阻應(yīng)變片式傳感器。變片式傳感器。 應(yīng)變片式電阻傳感器式以應(yīng)變片式電阻傳感器式以應(yīng)變片為傳感應(yīng)變片為傳感元件元件的傳感器。的傳感器。 應(yīng)變應(yīng)變 物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象 彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變 當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的當(dāng)外力去

13、除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的 應(yīng)變應(yīng)變 彈性元件彈性元件具有彈性應(yīng)變特性的物體具有彈性應(yīng)變特性的物體 應(yīng)變式電阻傳感器的基本原理應(yīng)變式電阻傳感器的基本原理是將被測量的是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。電路變成電信號輸出。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：精度高，測量范圍廣精度高，測量范圍廣 使用壽命長，性能可靠穩(wěn)定使用壽命長，性能可靠穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕 頻率響應(yīng)特性較好頻率響應(yīng)特性較好 可在高可在高(低低)溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣條

14、件下正常工作磁場及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣條件下正常工作 價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇 易于實(shí)現(xiàn)小型化、固態(tài)化易于實(shí)現(xiàn)小型化、固態(tài)化缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：具有非線性，輸出信號微弱，抗干擾能力較差具有非線性，輸出信號微弱，抗干擾能力較差，因此信號線需要采取屏蔽措施；因此信號線需要采取屏蔽措施；只能測量一點(diǎn)或應(yīng)變只能測量一點(diǎn)或應(yīng)變柵范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，不能顯示應(yīng)力場中應(yīng)力梯度的柵范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，不能顯示應(yīng)力場中應(yīng)力梯度的變化等；不能用于過高溫度場合下的測量變化等；不能用于過高溫度場合下的測量。 電阻應(yīng)變片的工作原理是電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。一、電阻應(yīng)

15、變片的工作原理一、電阻應(yīng)變片的工作原理 金屬導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形（伸長或金屬導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形（伸長或縮短）的大小發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為縮短）的大小發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為金屬的電金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)阻應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體（金屬）或半導(dǎo)體材料在導(dǎo)體（金屬）或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，相應(yīng)發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”。 電阻應(yīng)變特性電阻應(yīng)變特性llrrFF 設(shè)一根長為設(shè)一根長為l，截面積為，截面積為S，電阻系數(shù)為，電阻系數(shù)為的電阻絲，其電阻值的電阻絲，其電阻值R為：為：lRSldlSdSd

16、導(dǎo)線兩端受到力導(dǎo)線兩端受到力F作用時(shí)作用時(shí)dRddldSRlS2dSdrSr2Srdrdlrl dll將上式取對數(shù)再微分，則引起電阻值變化將上式取對數(shù)再微分，則引起電阻值變化dR：因因，由材料力學(xué)可知：由材料力學(xué)可知： （徑向變化）（徑向變化），式中，式中泊松比泊松比表示電阻絲軸向的相對變化，也就是表示電阻絲軸向的相對變化，也就是應(yīng)變應(yīng)變。(12 )(12 )dRddldRl dRRK(12 )dKdRddldSRlS令令則則K金屬電阻絲金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)。的相對靈敏度系數(shù)。金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響：金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響：（1）受力后材料的幾何尺寸變

17、化所引起的；即）受力后材料的幾何尺寸變化所引起的；即（2）受力后材料的電阻率發(fā)生變化引起的；即）受力后材料的電阻率發(fā)生變化引起的；即(12 )dp項(xiàng)項(xiàng)項(xiàng)項(xiàng) 對對金屬材料金屬材料：1+21+2( ( / /)/)/ 對對半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料：( ( / /)/)/1+21+2 K由兩部分組成： 前一部分是（1+2），由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬0.3，因此（1+2）1.6； 后一部分為 ( (/ /)/)/ ，電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。 對金屬材料對金屬材料，以前者為主，則K 1+2； 對半導(dǎo)體對半導(dǎo)體， K值主要由電阻率相對變化所決定。 大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，大

18、量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)， 電阻的相對變電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，即化與應(yīng)變成正比，即K K為常數(shù)，為常數(shù)，通常K在1.73.6范圍內(nèi) 。 二、金屬電阻應(yīng)變片主要特性二、金屬電阻應(yīng)變片主要特性 應(yīng)變片由電阻絲（敏感柵）、基底、引線和粘合劑組成。應(yīng)變片由電阻絲（敏感柵）、基底、引線和粘合劑組成。1、金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及材料、金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及材料 2341電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖hl 由敏感柵1、基底2、蓋片3、引線4和粘結(jié)劑等組成。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。因此，應(yīng)根據(jù)使用條件和要求合理地加以選擇。 柵長柵長柵寬柵寬（1） 敏感柵敏感柵 感受應(yīng)變，并

19、將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。 對敏感柵的材料的要求：對敏感柵的材料的要求：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；電阻溫度系數(shù)要??；電阻溫度系數(shù)要小；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強(qiáng)；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強(qiáng)；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強(qiáng)度；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強(qiáng)度；加工性能良好加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于焊接，對引線材料的熱電勢小。易于焊

20、接，對引線材料的熱電勢小。對應(yīng)變片要求必須根據(jù)實(shí)際使用情況，合理選擇。對應(yīng)變片要求必須根據(jù)實(shí)際使用情況，合理選擇。（2） 基底和蓋片基底和蓋片 基底是基底是絕緣及傳遞應(yīng)變絕緣及傳遞應(yīng)變，由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。 測量是應(yīng)變片的基底提高粘結(jié)劑粘在試件上，要求基底準(zhǔn)確地把試件應(yīng)變傳遞給敏感柵。同時(shí)基片絕緣性能要好，否則應(yīng)變片微小電信號就要漏掉。 蓋片（覆蓋層）是蓋片（覆蓋層）是保護(hù)作用保護(hù)作用。防濕、蝕、塵。 基底基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置； 蓋片蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護(hù)敏感柵。 基底的全長稱為基底長，其寬度稱為基底寬。基底的全長稱為基底長，其寬度稱為基底寬

21、。（3） 引線引線 連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。 是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬線。 對引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。（4） 粘結(jié)劑粘結(jié)劑 敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。 用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。以便將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計(jì)的基底和敏感柵。 常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞

22、胺等。無機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。 敏感柵由很細(xì)的電阻絲（敏感柵由很細(xì)的電阻絲（0.010.05mm）或箔式）或箔式金屬片（厚度為金屬片（厚度為310m）組成。）組成。敏感柵常用下列材料制成敏感柵常用下列材料制成：（1）康銅（銅鎳合金）：康銅（銅鎳合金）：最常用；最常用；（2）鎳鉻合金：鎳鉻合金：多用于動(dòng)態(tài)；多用于動(dòng)態(tài)；（3）鎳鉻鋁合金：鎳鉻鋁合金：作中、高溫應(yīng)變片；作中、高溫應(yīng)變片；（4）鎳鉻鐵合金：鎳鉻鐵合金：疲勞壽命要求高的應(yīng)變片；疲勞壽命要求高的應(yīng)變片；（5）鉑及鉑合金：鉑及鉑合金：高溫動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。高溫動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。u應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼 應(yīng)變片是用粘合劑

23、粘貼到被測件上的。粘合劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將披測件應(yīng)變傳進(jìn)到敏感柵上。粘合劑的性能及粘貼工藝的質(zhì)量直接影響著應(yīng)變片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線性以及它們受溫度變化影響的程度。因此，對粘合劑和粘貼工藝有嚴(yán)格要求。應(yīng)變片的粘貼：應(yīng)變片的粘貼： 1）. 去污：去污：采用手采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力細(xì)紋以增加粘貼力 ，用，用浸有酒精或丙酮的紗布浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。片或脫脂棉球擦洗。 2 2）. .貼片：貼片：在在應(yīng)變片的表面和處應(yīng)變片的表面和處

24、理過的粘貼表面上，理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘各涂一層均勻的粘貼膠貼膠 ，用鑷子將，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出指揉和滾壓，排出下面的氣泡下面的氣泡 。 3）.測量測量 ：從分開的端子處，從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測預(yù)先用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。壞的應(yīng)變片。 4）.焊接：焊接： 將引線和端子用將引線和端子用烙鐵焊接起來，烙鐵焊接起來，注意不要把端子注意不要把端子扯斷。扯斷。 5）.固定：固定： 焊接后用膠布將焊接后用膠布將引線和被測對象引線

25、和被測對象固定在一起，防固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)止損壞引線和應(yīng)變片變片。0 xRRK電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)定義為：的靈敏度系數(shù)定義為：x為軸向應(yīng)變。為軸向應(yīng)變。其中其中 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)不等的應(yīng)變靈敏度系數(shù)不等于于電阻絲應(yīng)變片電阻絲應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，即的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，即0KK。l0PPyx2bar放大的柵狀電阻應(yīng)變片及彎角部分示意圖放大的柵狀電阻應(yīng)變片及彎角部分示意圖yx 縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變 造成電阻增加，橫向應(yīng)造成電阻增加，橫向應(yīng)變變 造成電阻減少。造成電阻減少。xy000(1)(1)2(1)xrnnRlRKKrnnl經(jīng)推導(dǎo)得：經(jīng)推導(dǎo)得：n

26、直線部分柵絲的數(shù)目；直線部分柵絲的數(shù)目；n-1彎角部分的個(gè)數(shù)。彎角部分的個(gè)數(shù)。 可見可見 ，即應(yīng)變片存在橫向效應(yīng)使應(yīng)變片的靈即應(yīng)變片存在橫向效應(yīng)使應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)小于電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)敏度系數(shù)小于電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)。0KK小結(jié)小結(jié)dRdlKRl應(yīng)用較多應(yīng)用較多 金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片使用最早，但由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金使用最早，但由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片與片基的接觸面

27、積大得多，散熱條件較好，在長時(shí)間與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時(shí)間測量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，能將溫度影響減小到最小的程度，適測量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，能將溫度影響減小到最小的程度，適合于大批量生產(chǎn)。合于大批量生產(chǎn)。 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù) 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 機(jī)械滯后，零漂及蠕變機(jī)械滯后，零漂及蠕變 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng) 應(yīng)變極限、疲勞壽命應(yīng)變極限、疲勞壽命 動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性2、金屬電阻應(yīng)變片主要特性、金屬電阻應(yīng)變片主要特性（1） 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)金屬應(yīng)變絲的電阻相對變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈敏度系數(shù)KS表示。當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其電阻應(yīng)變特性，與金屬單絲

28、情況不同金屬單絲情況不同。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對應(yīng)變片的電阻應(yīng)變特性重新測定。實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變金屬應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變在很寬的在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。注意，K是在試件受一維應(yīng)力作用，應(yīng)變片的軸向與主應(yīng)力方向一致，且試件材料的泊松比為0.285的鋼材時(shí)測得的。測量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材恒小于線材的靈敏系數(shù)的靈敏系數(shù)KS。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個(gè)不原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因素。可忽視的因素。 KRRRRK靈敏系數(shù)RRK/靈敏系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

29、，實(shí)際應(yīng)變片的實(shí)際應(yīng)變片的K值比單絲的值比單絲的K值要小值要小，造成此現(xiàn)象原因是橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)。還有粘結(jié)層傳遞變粘結(jié)層傳遞變形失真形失真。絲繞式應(yīng)變片敏感柵半圓弧形部分bOlrrdld0（2） 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 金屬應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變r(jià)也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化(除了起作用外)，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。圖為 應(yīng)變片敏感柵半圓弧部分的形狀。沿軸向應(yīng)變?yōu)?，沿橫向應(yīng)變?yōu)閞 。 若敏感柵有n根縱柵，每根長為l，半徑為r，在軸向應(yīng)變作用下，全部縱柵的變形視為

30、L1半圓弧橫柵同時(shí)受到和r的作用，在任一微小段長度d l = r d上的應(yīng)變可由材料力學(xué)公式求得 每個(gè)圓弧形橫柵的變形量l為縱柵為n根的應(yīng)變片共有n-1個(gè)半圓弧橫柵，全部橫柵的變形量為2cos2121rrrrrrddll200rrnL212L1= n l應(yīng)變片敏感柵的總變形為敏感柵柵絲的總長為L，敏感柵的靈敏系數(shù)為KS，則電阻相對變化為令 則 可見，敏感柵電阻的相對變化分別是和r作用的結(jié)果。rrnrnnlLLL2121221rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2SxKLrnnlK2) 1(2SyKLrnK2) 1(ryxKKRR當(dāng)r=0時(shí)，可得軸向靈敏度系數(shù)同樣，當(dāng)=0時(shí)

31、，可得橫向靈敏度系數(shù)橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)H。即 由上式可見，r愈小，l愈大，則H愈小。即敏感柵越窄、基長越長的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。xxRRKryyRRKrnnlrnKKHxy121 橫向效應(yīng)在圓弧段產(chǎn)生，消除圓弧段即可消除橫向效應(yīng)。 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用箔式應(yīng)變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。（3） 機(jī)械滯后機(jī)械滯后 應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合，即為機(jī)械滯后。性與卸載特性不重合，即為機(jī)械滯后。產(chǎn)生原因

32、：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后，其內(nèi)部會產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，如果敏感柵受到不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘哒辰Y(jié)劑固化不充分。1機(jī)械應(yīng)變卸載加載指示應(yīng)變i應(yīng)變片的機(jī)械滯后 機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。 （4） 零點(diǎn)漂移和蠕變零點(diǎn)漂移和蠕變 對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí)，不承受應(yīng)對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí)，不承受應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的的零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移

33、。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。 如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性稱為其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性稱為蠕變?nèi)渥?。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。這是兩項(xiàng)衡量應(yīng)變片特性對時(shí)間穩(wěn)定性的指標(biāo)，在長時(shí)間測量中其意義更為突出。實(shí)際上，蠕變中包含零漂，它是一個(gè)特例。（5）應(yīng)變極限、疲勞壽命）應(yīng)變極限、疲勞壽命在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真實(shí)應(yīng)應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真

34、實(shí)應(yīng)變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時(shí)的最）時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變值。大真實(shí)應(yīng)變值。在圖中，真實(shí)應(yīng)變是由于工作溫度變化或承受機(jī)械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力(包括機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力)時(shí)所引起的表面應(yīng)變。lim真實(shí)應(yīng)變z指示應(yīng)變i應(yīng)變片的應(yīng)變極限10%1主要因素：主要因素：粘結(jié)劑和基底材料傳遞變形的性能及應(yīng)變片的安裝質(zhì)量。制造與安裝應(yīng)變片時(shí)，應(yīng)選用抗剪強(qiáng)度較高的粘結(jié)劑和基底材料。基底和粘結(jié)劑的厚度不宜過大，并應(yīng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓袒幚?，才能獲得較高的應(yīng)變極限。疲勞壽命疲勞壽命 定義：定義：對已安裝的應(yīng)變片在一定的交對已安裝的應(yīng)變片在一定的交變機(jī)械應(yīng)變幅值下，可連續(xù)工作

35、而不致產(chǎn)變機(jī)械應(yīng)變幅值下，可連續(xù)工作而不致產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)，稱為疲勞壽命。生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)，稱為疲勞壽命。 疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)與動(dòng)載荷的特性疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)與動(dòng)載荷的特性及大小有密切的關(guān)系。及大小有密切的關(guān)系。（6）最大工作電流和絕緣電阻）最大工作電流和絕緣電阻 絕緣電阻絕緣電阻是指應(yīng)變片的引線與被測件之間的是指應(yīng)變片的引線與被測件之間的電阻值。電阻值。 最大工作電流最大工作電流是指允許通過應(yīng)變片而不影響其是指允許通過應(yīng)變片而不影響其工作特性的最大電流。工作特性的最大電流。 工作電流大，應(yīng)變片輸出信號大，靈敏度高，工作電流大，應(yīng)變片輸出信號大，靈敏度高，但過大的電流會把應(yīng)變片燒毀。

36、但過大的電流會把應(yīng)變片燒毀。 應(yīng)變片的電阻值：應(yīng)變片的電阻值：電阻值大可加大應(yīng)變片電阻值大可加大應(yīng)變片承受電壓，因此輸出信號大，但敏感柵尺寸也承受電壓，因此輸出信號大，但敏感柵尺寸也增大。增大。（7） 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)被測應(yīng)變值隨時(shí)間變化的頻率很高時(shí)，需考慮應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)特性。因應(yīng)變片基底和粘貼膠層很薄，構(gòu)件的應(yīng)變波傳到應(yīng)變片的時(shí)間很短(估計(jì)約0.2s)，故只需考慮應(yīng)變沿應(yīng)變片軸向傳播時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 設(shè)一頻率為 f 的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度 v 沿應(yīng)變片柵長方向傳播，在某一瞬時(shí) t，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布如圖所示。應(yīng)變片對應(yīng)變波的動(dòng)態(tài)響應(yīng)0應(yīng)變片1lx1x xx2sin0 設(shè)應(yīng)變波波長為，則有=

37、 v /f。應(yīng)變片柵長為L，瞬時(shí)t時(shí)應(yīng)變波沿構(gòu)件分布為 應(yīng)變片中點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?xt為t瞬時(shí)應(yīng)變片中點(diǎn)的坐標(biāo)。應(yīng)變片測得的應(yīng)變?yōu)闁砰L l 范圍內(nèi)的平均應(yīng)變m，其數(shù)值等于 l 范圍內(nèi)應(yīng)變波曲線下的面積除以 l，即ttx2sin0llxxdxltxxmltltsin2sin2sin10022平均應(yīng)變m與中點(diǎn)應(yīng)變t相對誤差為lltmtmtsin11ll（%）1.620.52誤差誤差的計(jì)算結(jié)果的計(jì)算結(jié)果 1/201/10由上式可見，相對誤差的大小只決定于 的比值，表中給出了為1/10和1/20時(shí)的數(shù)值。由表可知，應(yīng)變片柵長與正弦應(yīng)變波的波長之比愈小，相對誤差愈小。當(dāng)選中的應(yīng)變片柵長為應(yīng)變波長的（1/101

38、/20）時(shí)，將小于2%。因?yàn)槭街?應(yīng)變波在試件中的傳播速度；f應(yīng)變片的可測頻率。取 ，則若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度，由上式可計(jì)算，由上式可計(jì)算出柵長為出柵長為L的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測動(dòng)態(tài)應(yīng)變的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測動(dòng)態(tài)應(yīng)變最高頻率。最高頻率。 f101llf1 .0理想情況下，理想情況下， ，即應(yīng)變片的輸出電阻是，即應(yīng)變片的輸出電阻是應(yīng)變的一元函數(shù)；但實(shí)際上應(yīng)變片輸出電阻還和溫應(yīng)變的一元函數(shù)；但實(shí)際上應(yīng)變片輸出電阻還和溫度有關(guān)，即度有關(guān)，即 。( )RfR( , )RgtR3、 溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差及其補(bǔ)償 溫度變化引起電阻變化的原因主要有兩

39、點(diǎn)：溫度變化引起電阻變化的原因主要有兩點(diǎn)：（1）電阻絲電阻本身就是溫度的函數(shù)。）電阻絲電阻本身就是溫度的函數(shù)。（2）試件材料與應(yīng)變片材料熱膨脹系數(shù)不同）試件材料與應(yīng)變片材料熱膨脹系數(shù)不同 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，帶來的附加誤差， 稱為應(yīng)變片的稱為應(yīng)變片的溫度誤差溫度誤差。 式中式中: Rt溫度為溫度為t時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； R0溫度為溫度為t0時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值； 0溫度為溫度為t0時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)；時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)； t溫度變化值，溫度變化值，t=t-t0。 當(dāng)溫度變化當(dāng)溫度變化t時(shí)，電阻絲電阻的變化值為：時(shí)，電

40、阻絲電阻的變化值為： R=Rt-R0=R00t Rt=R0(1+0t) 1) 電阻溫度系數(shù)的影響電阻溫度系數(shù)的影響 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示： 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會產(chǎn)生附加變形。化不會產(chǎn)生附加變形。 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會產(chǎn)生附加化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。

41、變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。 設(shè)電阻絲和試件在溫度為設(shè)電阻絲和試件在溫度為0時(shí)的長度均為時(shí)的長度均為l0, 它們的線它們的線膨脹系數(shù)分別為膨脹系數(shù)分別為s和和g，若兩者不粘貼，則它們的長度分別，若兩者不粘貼，則它們的長度分別為：為： ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt) 當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形加變形l、附加應(yīng)變、附加應(yīng)變和附加電和附加電阻變化阻變化R分分別為：別為： tRKRKRtlltllllsgsgsgsg)()()(000000由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對變化量為對變化量為 tKtKtR

42、RRRRsgsgt)()(000000 結(jié)論結(jié)論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對變化因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對變化量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0, 0, s）以及被）以及被測試件線膨脹系數(shù)測試件線膨脹系數(shù)g有關(guān)。有關(guān)。 溫度補(bǔ)償?shù)姆椒囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?）采用敏感柵熱處理或采用兩種溫度系數(shù)的材）采用敏感柵熱處理或采用兩種溫度系數(shù)的材料相互補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ沟妹舾袞排c試件熱膨脹系料相互補(bǔ)償?shù)姆椒?，使得敏感柵與試件熱膨脹系數(shù)相似。數(shù)相似。（自補(bǔ)償法）（自補(bǔ)償法）（2）電橋補(bǔ)償法（電路實(shí)現(xiàn)）電橋補(bǔ)償法（電路實(shí)現(xiàn)）(

43、線路補(bǔ)償法線路補(bǔ)償法)。 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片由前式知，若使應(yīng)變片在溫度變化t時(shí)的熱輸出值為零，必須使即 每一種材料的被測試件，其線膨脹系數(shù) 都為確定值，可以在有關(guān)的材料手冊中查到。在選擇應(yīng)變片時(shí)，若應(yīng)變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，并使其電阻溫度系數(shù) 和線膨脹系數(shù) 滿足上式的條件，即可實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片。 0getKegtKetg 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造和使單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便，但它必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料用都比較方便，但它必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自補(bǔ)

44、償?shù)哪康?。的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)?，如圖。這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反，相反，即(Ra) t= (Rb) t焊點(diǎn)RaRbaeaabebbtaatbbbaKKRRRRRR補(bǔ)償效果可達(dá)0.45。 電路補(bǔ)償法電路補(bǔ)償法 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為 式中A由橋臂電阻和電源電壓決定的常

45、數(shù)。3241RRRRAUSCUSCR2R4R1R3E橋路補(bǔ)償法 由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時(shí)，Rl和R2對輸出電壓的作用方向相反。利用這個(gè)基本特性可實(shí)現(xiàn)對溫度的補(bǔ)償，并且補(bǔ)償效果較好，這是最常用的補(bǔ)償方法之一。 測量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測試件的表面測試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片另一片貼在與被測試件材料相同的補(bǔ)償塊上貼在與被測試件材料相同的補(bǔ)償塊上，圖中R2，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片。在工作過程中補(bǔ)償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。由于R1與R2接入電橋相鄰臂上，造成R1t與R2t相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓USC與溫度無關(guān)。當(dāng)工作應(yīng)變片感受

46、應(yīng)變時(shí)，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電壓。補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R2 當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2處于同一溫度場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即上式中可以選擇R1=R2=R及R3=R4=R。 當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若R1t=R2t，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由上式可知電橋的輸出電壓為零，即03241RRRRAUSC322411RRRRRRAUttSCRRRRRRAtt21RRRRRRRRAtt21021ttRRRA= 若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變。故由前式可得輸出電壓為由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無關(guān)。RKRARRRRKRRRAUttSC322

47、4111為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件：為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件： R1和和R2須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系數(shù)數(shù)、線膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；始電阻值也要求相同； 用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等； 兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。 此方法簡單易行，能在較大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。缺點(diǎn)是三個(gè)條件不易滿足，尤其是條件。在某些測試條件下，溫度場梯度較大，R1和R2很難處于相同溫度點(diǎn)。四、應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路四、應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路3101234()RRUURRRR3124RRRR4131124113(1)(1)RRRR URRRRRR1R311011234()RRRUURRRRR3101234()RRUURRRR1021(1)RnUUnR0211(1)uUnKURnR0211(1)uUnKURnR104RUUR0211(1)uUnKURnR311udKndnn4uUK 11011(1)(1) RnRUURnnR1021(