第5章電阻應(yīng)變式傳感器

1、*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity15.15.1工作原理工作原理5.25.2電阻應(yīng)變片種類及特性電阻應(yīng)變片種類及特性5.35.3電阻應(yīng)變片的測量電路及補償電阻應(yīng)變片的測量電路及補償5.45.4應(yīng)變式傳感器應(yīng)用應(yīng)變式傳感器應(yīng)用 第第5 5章章 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity有一個電阻為有一個電阻為120，K=2的應(yīng)變片，粘貼在彈性極限為的應(yīng)變片，粘貼在彈性極限為400MN/m2，彈性模量為，彈性模量為200GN/m2的鋼件上，的鋼件上， 1）當應(yīng)力等于彈性范圍的）當應(yīng)力等于彈性范圍的1/1

2、0時；時； 2）如果應(yīng)變片材料為康銅絲（）如果應(yīng)變片材料為康銅絲（=2010-6/ ，膨脹系數(shù)為，膨脹系數(shù)為1210-6m/m，鋼膨脹系數(shù)為，鋼膨脹系數(shù)為1610-6m /m），溫度變化），溫度變化20； 試分別計算此應(yīng)變片的電阻變化。試分別計算此應(yīng)變片的電阻變化。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity3電阻應(yīng)變式傳感器：利用電阻應(yīng)變片將電阻應(yīng)變式傳感器：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變應(yīng)變轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為為電阻變化電阻變化的傳感器，傳感器由在的傳感器，傳感器由在彈性元件上彈性元件上粘粘貼貼電阻應(yīng)變電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。敏感元件構(gòu)成。工作過程：被測物理量工作過程：被測物理量彈性元

3、件彈性元件彈性元件變彈性元件變形形敏感元件敏感元件阻值變化阻值變化測量電路測量電路電量輸出電量輸出應(yīng)用：應(yīng)變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、應(yīng)用：應(yīng)變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。壓力、加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。 電阻應(yīng)變式傳感器：電阻應(yīng)變式傳感器：*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity45.1 5.1 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片工作原理工作原理應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)，即在，即在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下外力作用下產(chǎn)生機械變形

4、時，它的電產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為式中：式中：電阻絲的電阻率電阻絲的電阻率 ； L L 電阻絲的長度；電阻絲的長度； S S 電阻絲的截面積。電阻絲的截面積。 .LRS一、一、應(yīng)變效應(yīng)（電阻應(yīng)變效應(yīng)（電阻應(yīng)變特性）應(yīng)變特性）mmm /2*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity5金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity6 當電阻絲受到拉力當電阻絲受到拉力F作用

5、時，將伸長作用時，將伸長L，橫截面積相應(yīng)，橫截面積相應(yīng)減小減小S，電阻率將因，電阻率將因晶格晶格發(fā)生變形等因素而改變發(fā)生變形等因素而改變，故引起，故引起電阻值相對變化量為電阻值相對變化量為 dRddLdSRLS式中：式中：dL/LdL/L長度相對變化量，用應(yīng)變長度相對變化量，用應(yīng)變表示：表示： LdL dS/DdS/D圓形電阻絲的截面積相對變化量，即圓形電阻絲的截面積相對變化量，即 2dSdrSr應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)： *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity7 由材料力學(xué)可知，在由材料力學(xué)可知，在彈性范圍彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長

6、，向伸長，沿徑向沿徑向縮短，那么縮短，那么軸向軸向應(yīng)變和應(yīng)變和徑向徑向應(yīng)變的關(guān)系可表應(yīng)變的關(guān)系可表示為：示為：LdLrdr式中：式中：電阻絲材料的泊松比，負號表示應(yīng)變方向相反。電阻絲材料的泊松比，負號表示應(yīng)變方向相反?？傻每傻?或或) 1 ()21 (dRdR)2()21 (dRdR應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)： *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity8電阻絲的靈敏系數(shù)電阻絲的靈敏系數(shù)：通常把：通常把單位應(yīng)變單位應(yīng)變能引起的電阻值能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。靈敏度系數(shù)受兩個因素影響：靈敏度系數(shù)受兩個因素影響： 受力后材料幾何尺寸的變化，

7、即（受力后材料幾何尺寸的變化，即（1+2）；）； 受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（d/）/。 大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，即與應(yīng)變成正比，即KS為常數(shù)。為常數(shù)。 dRdRKs)21 (二、電阻絲的靈敏系數(shù)：二、電阻絲的靈敏系數(shù)：*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity9靈敏系數(shù)靈敏系數(shù) 定義定義K=(dR/R)/K=(dR/R)/為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在被測試件上的被測試件上的應(yīng)變應(yīng)變在其軸向受到單向應(yīng)力時，

8、引起的在其軸向受到單向應(yīng)力時，引起的電阻電阻相對變化相對變化(dR/R)(dR/R)與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向向應(yīng)變應(yīng)變( () )之比。之比。 注注：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)并不等于其：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)并不等于其敏感柵整長應(yīng)變絲敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)，這是因為在單向應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變的靈敏系數(shù)，這是因為在單向應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)除受到敏感柵結(jié)構(gòu)片的靈敏系數(shù)除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀形狀、成型、成型工藝工藝、粘粘結(jié)劑結(jié)劑和和基底基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫橫向效應(yīng)向效應(yīng)的影響。的影響。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院He

9、i Longjiang Unversity10當測得應(yīng)變片電阻值當測得應(yīng)變片電阻值變化量變化量R時，便可得到時，便可得到被測對象被測對象的應(yīng)變值。根據(jù)的應(yīng)變值。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)力與與應(yīng)變應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值的關(guān)系，得到應(yīng)力值為為 =E式中式中 ：試件的應(yīng)力；試件的應(yīng)力； 試件的應(yīng)變；試件的應(yīng)變； EE試件材料的彈性模量。試件材料的彈性模量。應(yīng)力值應(yīng)力值應(yīng)變應(yīng)變 電阻值的變化電阻值的變化R 輸出電量輸出電量U這就是利用應(yīng)變片這就是利用應(yīng)變片測量應(yīng)變測量應(yīng)變的基本原理。的基本原理。 三、應(yīng)變片測量應(yīng)變的基本原理三、應(yīng)變片測量應(yīng)變的基本原理*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unvers

10、ity11電阻應(yīng)變式傳感器原理演示電阻應(yīng)變式傳感器原理演示電阻應(yīng)變式傳感器原理演示電阻應(yīng)變式傳感器原理演示*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity125.2 5.2 電阻應(yīng)變片的種類及參數(shù)電阻應(yīng)變片的種類及參數(shù)一、一、 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類常用應(yīng)變片分常用應(yīng)變片分兩兩類：類：金屬電阻金屬電阻應(yīng)變片和應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻半導(dǎo)體電阻應(yīng)變應(yīng)變片。片。1. 金屬應(yīng)變片組成金屬應(yīng)變片組成：敏感柵、基片、覆蓋層和引線，如圖。：敏感柵、基片、覆蓋層和引線，如圖。 敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，它粘貼在絕緣的基片上，敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，它粘貼在絕緣的基片上，其上再粘貼

11、起保護作用的覆蓋層，兩端焊接引出導(dǎo)線。其上再粘貼起保護作用的覆蓋層，兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、絲式、 箔式箔式和和薄膜式薄膜式三種。三種。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity13 引 線覆 蓋 層基 片電 阻 絲 式 敏 感 柵lb引線 覆蓋層 基片 電阻絲式敏感柵 金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)2.2 2.2 電阻應(yīng)變片的種類及特性電阻應(yīng)變片的種類及特性1 1）基底：）基底：固定敏感柵及絕緣；固定敏感柵及絕緣；0.020.020.04mm0.04mm厚；紙質(zhì)或膠質(zhì)。厚；紙質(zhì)或膠質(zhì)。 2 2）電阻絲：）電

12、阻絲：金屬絲繞成柵狀，敏感柵。金屬絲繞成柵狀，敏感柵。d=0.015=0.0150.05mm0.05mm。 作用：感應(yīng)變的變化大小。作用：感應(yīng)變的變化大小。 3 3）覆蓋層：）覆蓋層：作用，防潮、防蝕、防損等。作用，防潮、防蝕、防損等。 4 4）引線：）引線：通常取直徑約為通常取直徑約為0.10.10.15mm0.15mm的低阻鍍錫銅線的低阻鍍錫銅線*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity14絲式金屬應(yīng)變片絲式金屬應(yīng)變片的敏感柵由直徑的敏感柵由直徑0.01mm0.05mm的電阻的電阻絲平行排列而成。絲平行排列而成。箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一

13、種很薄的金是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其厚度一般在屬箔柵，其厚度一般在0.0030.01mm。其。其優(yōu)點優(yōu)點是散熱條是散熱條件好，允許通過的件好，允許通過的電流較大電流較大，可制成各種所需的形狀，便，可制成各種所需的形狀，便于批量生產(chǎn)。于批量生產(chǎn)。薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片是采用是采用真空蒸發(fā)真空蒸發(fā)或真空或真空沉淀沉淀等方法在薄的絕緣等方法在薄的絕緣基片上形成基片上形成0.1m以下的金屬以下的金屬電阻薄膜電阻薄膜的敏感柵，最后再的敏感柵，最后再加上保護層。它的加上保護層。它的優(yōu)點是優(yōu)點是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，工作溫度范工作溫度范圍較廣圍較廣 。2.2 2.2 電阻

14、應(yīng)變片的種類及特性電阻應(yīng)變片的種類及特性*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼 （1 1）準備：）準備：試件，打磨試件，打磨清洗凈打磨面清洗凈打磨面劃線劃線涂一薄層粘結(jié)劑作底；應(yīng)變涂一薄層粘結(jié)劑作底；應(yīng)變計，外表和阻值檢查計，外表和阻值檢查刻劃軸向標記刻劃軸向標記清洗。清洗。 （2 2）涂膠：）涂膠：在準備好的試件表面和應(yīng)變片基底上均勻涂一薄層粘結(jié)劑。在準備好的試件表面和應(yīng)變片基底上均勻涂一薄層粘結(jié)劑。 （3 3）貼片：）貼片：按坐標線對準貼上按坐標線對準貼上用手指順軸向滾壓用手指順軸向滾壓固化處理。固化處理。 （4 4）復(fù)查：）復(fù)查：貼

15、片偏差、阻值變化、引線和試件間的絕緣電阻。貼片偏差、阻值變化、引線和試件間的絕緣電阻。 （5 5）接線：）接線：通過中介接線片（柱）把應(yīng)變片引線和導(dǎo)線焊接并加固。通過中介接線片（柱）把應(yīng)變片引線和導(dǎo)線焊接并加固。 （6 6）防護：）防護：涂以中性凡士林油，石蠟（短期防潮）；或石蠟涂以中性凡士林油，石蠟（短期防潮）；或石蠟松香松香黃油的黃油的混合劑（長期防潮）；或環(huán)氧樹脂，氯丁橡膠，清漆等（防機械劃傷）。混合劑（長期防潮）；或環(huán)氧樹脂，氯丁橡膠，清漆等（防機械劃傷）。 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity16(a) 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片 (b) 電阻絲式應(yīng)變片電

16、阻絲式應(yīng)變片 (c) 絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片幾種常用應(yīng)變片的基本形式幾種常用應(yīng)變片的基本形式幾種常用應(yīng)變片的基本形式幾種常用應(yīng)變片的基本形式*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity17 金屬電阻應(yīng)變片的材料金屬電阻應(yīng)變片的材料 對電阻絲材料應(yīng)有如下要求：對電阻絲材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大，靈敏系數(shù)大， 且在相當大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)；且在相當大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 電阻率電阻率:值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值；電阻溫度系數(shù)

17、小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值； 與銅線的焊接性能好，與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的與其它金屬的接觸電勢小接觸電勢小； 機械強度高，機械強度高， 具有優(yōu)良的機械加工性能。具有優(yōu)良的機械加工性能。 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity18表表5-1 常用金屬電阻絲材料的性能常用金屬電阻絲材料的性能 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity19 康銅康銅是目前應(yīng)用最廣泛的是目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)變絲材料應(yīng)變絲材料，這是由于它有很多，這是由于它有很多優(yōu)點：優(yōu)點：康銅的康銅的電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)較小且穩(wěn)定，當采用合適的熱處理工藝

18、時，可使較小且穩(wěn)定，當采用合適的熱處理工藝時，可使電阻溫度系數(shù)在電阻溫度系數(shù)在2010-6/的范圍內(nèi)；的范圍內(nèi)；靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好，不但在，不但在彈性變形彈性變形范圍內(nèi)能保持為常數(shù)，范圍內(nèi)能保持為常數(shù)， 進入塑性進入塑性變形范圍內(nèi)也基本上能保持為常數(shù)；變形范圍內(nèi)也基本上能保持為常數(shù)；1.康銅的加工性能好康銅的加工性能好，易于焊接，易于焊接. 因而國內(nèi)外多以康銅作為應(yīng)變絲材料。因而國內(nèi)外多以康銅作為應(yīng)變絲材料。 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity20橫向效應(yīng)：橫向效應(yīng)：應(yīng)變片粘貼在被測試件上時，由于其敏感柵是由應(yīng)變片粘貼在被測試件上時，由于其敏感

19、柵是由n條長度為條長度為L1的的直線段直線段和（和（n-1）個半徑為）個半徑為r的的半圓半圓組成。組成。若該應(yīng)變片若該應(yīng)變片承受承受軸向應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變軸向應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變x時，則各直線段的電阻將增加，但時，則各直線段的電阻將增加，但在半圓弧段則受到從在半圓弧段則受到從+x到到-x之間變化的應(yīng)變，之間變化的應(yīng)變，圓弧段電阻的變化將圓弧段電阻的變化將小于小于沿軸向安放的同樣長度電阻絲電阻的變化。沿軸向安放的同樣長度電阻絲電阻的變化。 綜上所述，將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應(yīng)變狀態(tài)相綜上所述，將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因而同，但

20、由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因而敏感柵敏感柵的靈敏系數(shù)的靈敏系數(shù)K, 較較電電阻絲阻絲的靈敏系數(shù)的靈敏系數(shù)K0小小，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)。 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity21(a) 應(yīng)變片及軸向受力圖應(yīng)變片及軸向受力圖 (b) 應(yīng)變片的橫向效應(yīng)圖應(yīng)變片的橫向效應(yīng)圖 應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng)應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng)應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng)應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng)*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理

21、是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。當半導(dǎo)體材料某一軸向受而制成的一種純電阻性元件。當半導(dǎo)體材料某一軸向受外力作用時，其電阻率會發(fā)生變化外力作用時，其電阻率會發(fā)生變化 2. 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity24壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng): : 是指半導(dǎo)體材料在是指半導(dǎo)體材料在某一軸向某一軸向受外力作用時，其受外力作用時，其電阻率電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時，其電阻半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時，其電阻相對變化相對變化為為dR

22、dR)21 (式中，式中，d/為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量，其值為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量，其值與半導(dǎo)體敏感元件在與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受軸向所受的的應(yīng)力應(yīng)力關(guān)系為關(guān)系為Ed2. 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片壓阻系數(shù):*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity25 實驗證明，實驗證明，E比（比（1+2）大上百倍，所以（）大上百倍，所以（1+2）可以）可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為ERdRK 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片突出優(yōu)點突出優(yōu)點是靈敏度高，比金屬絲式高是靈敏度高，比金屬絲式高5080倍，尺寸小、橫向效應(yīng)小、動態(tài)響應(yīng)

23、好倍，尺寸小、橫向效應(yīng)小、動態(tài)響應(yīng)好; 但它有但它有溫度系數(shù)溫度系數(shù)大、應(yīng)變時大、應(yīng)變時非線性非線性比較嚴重等缺點。比較嚴重等缺點。 )21 (ERdR2. 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity261. 應(yīng)變片的溫度誤差應(yīng)變片的溫度誤差由于測量現(xiàn)場由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度環(huán)境溫度的改變而的改變而給測量給測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的變片的溫度誤差溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素主要因素有兩個方面有兩個方面: (1) 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)的影響的影響 R Rt t= R= R0 0（1+

24、1+0 0tt） 式中式中: R: Rt t溫度為溫度為 t t 時的電阻值；時的電阻值； R R0 0溫度為溫度為t t0 0時的電阻值；時的電阻值； 0 0金屬絲的電阻金屬絲的電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)； tt溫度變化值，溫度變化值，t= t -tt= t -t0 0。 當當溫度變化溫度變化tt時，電阻絲電阻的變化值為：時，電阻絲電阻的變化值為： RR= R= Rt t- R- R0 0 = R= R0 00 0tt三、應(yīng)變片的溫度誤差及補償三、應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity27(2) 試件材料和電阻絲材料的試件材料和電阻絲材料的線膨

25、脹系數(shù)線膨脹系數(shù)的影響的影響 當試件與電阻絲材料的當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同線膨脹系數(shù)相同時，不論環(huán)境溫度時，不論環(huán)境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣，不會產(chǎn)生如何變化，電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣，不會產(chǎn)生附加變附加變形形。當試件和電阻絲線膨脹系數(shù)。當試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時不同時，由于環(huán)境溫度的變化，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻附加電阻。 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 時的長度均為時的長度均為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，則它們的長度分別為：，

26、若兩者不粘貼，則它們的長度分別為： 電阻絲：電阻絲：Ls= L0（1+st） 試件：試件： Lg= L0（1+gt）三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity28 當二者粘貼在一起時，電阻絲產(chǎn)生的附加變形當二者粘貼在一起時，電阻絲產(chǎn)生的附加變形L、附加、附加應(yīng)變應(yīng)變和附加電阻變化和附加電阻變化R分別為：分別為： L= LL= Lg g - L - Ls s = =（g g-s s）L L0 0t t =L/L=L/L0 0= = （g-sg-s）tt RR= K= K0 0 R R0 0= K= K0 0 R R

27、0 0 （g-sg-s）tt 由以上各式，可得由于由以上各式，可得由于溫度變化溫度變化而引起應(yīng)變片而引起應(yīng)變片總電阻相總電阻相對變化量對變化量為：為：三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity29tKKRRsgtt)(0000tKtsg)(00tKsg)(00折合成折合成附加應(yīng)變量附加應(yīng)變量t，有，有00RRRRRt引起應(yīng)變片的溫度誤差引起應(yīng)變片的溫度誤差: 1.因因環(huán)境溫度變化環(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，還與度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的

28、性能參數(shù)（應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0、0、s）以及以及被測試被測試件線膨脹系數(shù)件線膨脹系數(shù)g有關(guān)。有關(guān)。三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity302. 電阻應(yīng)變片的溫度補償方法電阻應(yīng)變片的溫度補償方法 電阻應(yīng)變片的溫度補償方法通常有電阻應(yīng)變片的溫度補償方法通常有線路補償法線路補償法和和應(yīng)變片自補償應(yīng)變片自補償兩兩大類。大類。 (1) 線路補償法線路補償法 電橋補償是電橋補償是最常用的，最常用的，且且效果較好效果較好的線路補償法。電橋輸出電壓的線路補償法。電橋輸出電壓U0與橋臂參數(shù)的關(guān)系為：與橋臂參數(shù)的關(guān)系為：

29、 U0 = A (R1 R4- RB R3）式中：式中：AA由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)；由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)； R R1 1 工作應(yīng)變片；工作應(yīng)變片； R RB B 補償應(yīng)變片。補償應(yīng)變片。三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity31電橋補償法電橋補償法三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity32 當當R3和和R4為常數(shù)時，為常數(shù)時，R1和和RB對對電橋輸出電壓電橋輸出電壓U0的作用的作用方向相反方向相反。利利用這

30、一基本關(guān)系用這一基本關(guān)系可實現(xiàn)對溫度的補償?？蓪崿F(xiàn)對溫度的補償。 測量應(yīng)變時，工作應(yīng)變片測量應(yīng)變時，工作應(yīng)變片R1粘貼在被測試件表面上，補償應(yīng)變片粘貼在被測試件表面上，補償應(yīng)變片RB粘貼在與被測試件粘貼在與被測試件材料完全相同材料完全相同的補償塊上，且的補償塊上，且僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變。僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變。 當被測試件不承受應(yīng)變時，當被測試件不承受應(yīng)變時，R1和和RB又處于同一環(huán)境溫度為又處于同一環(huán)境溫度為t 的溫的溫度場中，度場中，調(diào)整電橋參數(shù)，調(diào)整電橋參數(shù)，使之達到平衡，有使之達到平衡，有 U0 = A（R1R4-RBR3）= 0三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑

31、龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity33 工程上，一般按工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 選取選取橋臂橋臂電阻。電阻。當溫度升高或降低當溫度升高或降低t =t - t0時，兩個時，兩個應(yīng)變片應(yīng)變片因溫度而因溫度而引起的引起的電阻變化量相等電阻變化量相等(R1t=RBt)，電橋仍處于平衡狀態(tài)，即電橋仍處于平衡狀態(tài)，即 U0=A（R1+R1t）R4 - (RB+RBt)R3=0 若此時，若此時，被測試件有應(yīng)變被測試件有應(yīng)變的作用，則的作用，則工作應(yīng)變片工作應(yīng)變片電阻電阻R1又有新的增量又有新的增量R1=R1K，而，而補償片補償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新

32、的增量，此時電橋輸出因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，此時電橋輸出電壓為電壓為 : U0 = AR1R4K 由上式可知，電橋的輸出電壓由上式可知，電橋的輸出電壓U0僅與僅與被測試件的被測試件的應(yīng)變應(yīng)變有關(guān)，而與環(huán)有關(guān)，而與環(huán)境溫度無關(guān)。境溫度無關(guān)。三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity34 若實現(xiàn)若實現(xiàn)完全補償完全補償，上述分析過程必須滿足，上述分析過程必須滿足四個條件四個條件： 在應(yīng)變片工作過程中，保證在應(yīng)變片工作過程中，保證R3 =R4； R1和和RB兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)

33、電阻溫度系數(shù)、線線膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)、應(yīng)變、應(yīng)變靈敏度靈敏度系數(shù)系數(shù)K和和初始電阻值初始電阻值R0； 粘貼補償片的粘貼補償片的補償塊材料補償塊材料和粘貼工作片的和粘貼工作片的被測試件材被測試件材料料必須一樣必須一樣; 兩者兩者線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)相同；相同； 兩應(yīng)變片應(yīng)處于兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場同一溫度場。 三、三、 應(yīng)變片的溫度誤差及補償應(yīng)變片的溫度誤差及補償*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity35這種溫度補償法是利用這種溫度補償法是利用自身具有自身具有溫度補償作用的溫度補償作用的應(yīng)變片應(yīng)變片來補償?shù)模瑏硌a償?shù)模Q之為溫度稱之為溫度自補償應(yīng)變片自補償應(yīng)變片。

34、 由溫度自補償應(yīng)變片的工作原理，要實現(xiàn)要實現(xiàn)溫度自補償，必須由溫度自補償應(yīng)變片的工作原理，要實現(xiàn)要實現(xiàn)溫度自補償，必須有有: 0 0= -K= -K0 0（g g-s s） 上式表明，當被測試件的上式表明，當被測試件的線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)g已知時，如果已知時，如果合理選擇合理選擇敏感敏感柵材料，柵材料，(即其即其電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)0、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)K0和線膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù)s s)使上使上式成立，則不論溫度如何變化，均有式成立，則不論溫度如何變化，均有Rt/ R0=0，從而達到溫度自補，從而達到溫度自補償?shù)哪康?。償?shù)哪康摹?tKKRRsgtt)(0000(2) (2) 應(yīng)變片的自補

35、償法應(yīng)變片的自補償法*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity36 5.3 5.3 電阻應(yīng)變片的測量電路及補償電阻應(yīng)變片的測量電路及補償 由于機械應(yīng)變一般都很小，要把由于機械應(yīng)變一般都很小，要把微小應(yīng)變微小應(yīng)變引起的引起的微微小電阻變化小電阻變化測量出來，就要把電阻相對變化測量出來，就要把電阻相對變化R/ R轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。為電壓或電流的變化。 因此，需要有專用于測量因此，需要有專用于測量應(yīng)變應(yīng)變變化而引起變化而引起電阻電阻變變化的測量電路，通常采用化的測量電路，通常采用直流電橋直流電橋和和交流電橋。交流電橋。 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longj

36、iang Unversity*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity38 一、一、 直流電橋直流電橋直流電橋直流電橋電橋如圖所示，電橋如圖所示，E為電源，為電源，R1、R2、R3及及R4為橋臂電阻，為橋臂電阻，RL為負載電阻。為負載電阻。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity393101234()RRUERRRR當電橋平衡時，當電橋平衡時，U0=0，則有，則有 R1R4 = R2R3 或或4321RRRR上式稱為電橋平衡條件。這說明上式稱為電橋平衡條件。這說明欲使欲使電橋平衡電橋平衡，其，其相相鄰兩臂鄰兩臂電阻的電阻的比值比值應(yīng)相等

37、，或應(yīng)相等，或相對兩臂相對兩臂電阻的乘積相電阻的乘積相等。等。 直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件若輸出開路時，則*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity40 單臂電橋：單臂電橋：R1為為電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片，R2、R3、R4為電橋固定電阻，為電橋固定電阻，這就構(gòu)成了這就構(gòu)成了單臂電橋單臂電橋。 應(yīng)變片工作時應(yīng)變片工作時，其電阻值變化很小，電橋相應(yīng)，其電阻值變化很小，電橋相應(yīng)輸出電壓輸出電壓也也很小，一般需要加入很小，一般需要加入放大器放大器放大。由于放大器的放大。由于放大器的輸入阻抗輸入阻抗比橋路比橋路輸出阻抗輸出阻抗高很多，所以此時仍視高很多，所以此時仍視電橋為

38、開路電橋為開路情況。情況。 當產(chǎn)生應(yīng)變時，若應(yīng)變片當產(chǎn)生應(yīng)變時，若應(yīng)變片電阻變化電阻變化為為R，其它，其它橋臂橋臂固定固定不變，電橋不變，電橋輸出輸出電壓電壓Uo0，則電橋不平衡輸出電壓為，則電橋不平衡輸出電壓為 ：2.單臂電橋測量電路電壓靈敏度單臂電橋測量電路電壓靈敏度*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity4131114001123411234()()()RRRR RUUEERRRRRRRRRR 4131124113(1)(1)RRRRERRRRRR設(shè)橋臂比設(shè)橋臂比n = R2/R1，由于，由于R1R1，分母中，分母中R1/R1可忽可忽略略，并考慮到平衡條件，

39、并考慮到平衡條件R2/R1= R4/R3，則，則1021(1)RnUEnR,111時當RRR*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity42電橋電壓靈敏度定義為：電橋電壓靈敏度定義為：0211(1)UUnKERnR從上式分析發(fā)現(xiàn)：從上式分析發(fā)現(xiàn)： 電橋電壓電橋電壓靈敏度靈敏度正比于正比于電橋供電電壓電橋供電電壓，供電電壓越高，電，供電電壓越高，電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到受到應(yīng)變片應(yīng)變片允許允許功耗功耗的限制，所以要作適當選擇；一般電橋電壓為的限制，所以要作適當選擇；一般電橋電壓為13V。 電橋電壓靈敏度是電橋電壓靈敏度是

40、橋臂電阻橋臂電阻比值比值n的函數(shù)的函數(shù)，恰當?shù)剡x擇橋，恰當?shù)剡x擇橋臂比臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 當當E值確定后，值確定后，n值取何值時使值取何值時使KU最高？最高？ *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity43 由由dKU /dn = 0, 求求KU的最大值，得的最大值，得 求得求得 n=1 時，時，KU為最大值。為最大值。 0)1 (13nndndKU1014REUR4UEK電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度從上述可知，當從上述可知，當E和和電阻相對變化量電阻相對變化量R1/R1一定時一定時，電橋，電橋的的輸出電壓

41、輸出電壓及其及其靈敏度靈敏度也是也是定值定值，且與，且與各橋臂各橋臂電阻阻值電阻阻值大大小小無關(guān)。無關(guān)。這就是說，這就是說，在在電橋電壓電橋電壓確定后確定后，當當R1=R2=R3=R4時時，電電橋電壓橋電壓靈敏度最高靈敏度最高（進行溫度補償是（進行溫度補償是所需要的所需要的，所以在非，所以在非電量測量廣泛采用），此時有電量測量廣泛采用），此時有*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity44 3. 非線性誤差及其補償方法非線性誤差及其補償方法上面求出的輸出電壓因略去分母中的上面求出的輸出電壓因略去分母中的R1/R1項而得出的是項而得出的是理想值，實際值計算為理想值，實

42、際值計算為)1)(1 (11110nRRnRRnEU11110001RRnRRUUUL非線性誤差為：非線性誤差為：特例：特例：四等臂電橋，四等臂電橋，n=1， 則：則：1111112212LRRRRRR*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity45半橋差動電路和全橋差動電路半橋差動電路和全橋差動電路 3. 非線性誤差及其補償方法非線性誤差及其補償方法*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity46為了減小和克服非線性誤差，常采用為了減小和克服非線性誤差，常采用差動電橋差動電橋。在試件上安裝在試件上安裝兩個兩個工作應(yīng)變片，工作應(yīng)變片，一個受拉

43、應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，接，接入電橋相鄰橋臂，稱為入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動電路半橋差動電路，該電橋輸出電壓為：，該電橋輸出電壓為： 1141130112234(RRRRRRUERRRRRR 假設(shè)：假設(shè)：R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得，則得1012ERUR由上式可知，由上式可知， Uo與（與（R1/R1）呈）呈線性關(guān)系線性關(guān)系，差動電橋，差動電橋無非線性無非線性誤誤差；差； 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度KU=E/2，是，是單臂工作時的單臂工作時的2倍倍； 同時，同時，還具有還具有溫度補償作用。溫度補償作用。 （P31)(1) 半橋差動電路半橋差動電路*黑龍江大

44、學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity47若將電橋四臂接入若將電橋四臂接入四片四片應(yīng)變片，如圖所示，即兩個受拉應(yīng)變，兩個受應(yīng)變片，如圖所示，即兩個受拉應(yīng)變，兩個受壓應(yīng)變，將壓應(yīng)變，將兩個應(yīng)變符號兩個應(yīng)變符號相同相同的接入的接入相對相對橋臂上橋臂上，構(gòu)成全橋差動電路。，構(gòu)成全橋差動電路。若若R1=R2=R3=R4，且，且R1=R2=R3=R4，則，則101RUEREKU 此時，此時，全橋差動電路沒有非線性誤差；全橋差動電路沒有非線性誤差；電壓靈敏度電壓靈敏度是單臂時的是單臂時的 4 倍倍；同時仍具有溫度補償作用同時仍具有溫度補償作用（P31)。 (2) 全橋差動電路：全橋差

45、動電路：*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity48根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓電橋輸出電壓很小，一很小，一般都要加放大器，而般都要加放大器，而直流放大器直流放大器易于易于產(chǎn)生零漂產(chǎn)生零漂，因此，應(yīng)，因此，應(yīng)變電橋多采用變電橋多采用交流電橋交流電橋。 交流電橋如圖所示，交流電橋如圖所示， 為為交流電壓源交流電壓源，開路輸出電壓為，開路輸出電壓為 U0 由于，電橋電源為由于，電橋電源為交流交流電源，電源，引線分布電容引線分布電容（C1、C2）使）使得得二橋臂應(yīng)變片二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當于二只應(yīng)變片各呈現(xiàn)復(fù)阻抗特

46、性，即相當于二只應(yīng)變片各并聯(lián)了并聯(lián)了一個電容，則每一橋臂上復(fù)阻抗分別為一個電容，則每一橋臂上復(fù)阻抗分別為U11111CRjRZ22221CRjRZ33RZ 44RZ 二、二、 交流電橋交流電橋*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity49交流電橋交流電橋二、二、 交流電橋交流電橋*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity50由交流電路分析可得由交流電路分析可得要滿足電橋平衡條件，即，要滿足電橋平衡條件，即， 則有則有 Z1 Z4 = Z2 Z3 ( *) )()(43213241ZZZZZZZZUU00U根據(jù)根據(jù)( *)式，式，可得可得

47、3222411111RCRjRRCRjR24241313CRjRRCRjRR二、二、 交流電橋交流電橋*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity51其實部、虛部分別相等，并整理可得交流電橋的平衡條其實部、虛部分別相等，并整理可得交流電橋的平衡條件為：件為： 3412RRRR2112CCRR 對這種交流電容電橋，除要滿足對這種交流電容電橋，除要滿足電阻平衡條件電阻平衡條件外，還必須滿足外，還必須滿足電容電容平衡條件。為此，在橋路上除平衡條件。為此，在橋路上除設(shè)有設(shè)有電阻平衡調(diào)節(jié)外，還有電阻平衡調(diào)節(jié)外，還有電容平衡電容平衡調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。當被測應(yīng)力變化當被測應(yīng)力變化引起引起

48、Z1= Z0+Z，Z2=Z0-Z變化時，則電橋輸出為變化時，則電橋輸出為000021)212(ZZUZZZUU二、二、 交流電橋交流電橋*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity52 三、電阻應(yīng)變片的分布與組橋三、電阻應(yīng)變片的分布與組橋電阻應(yīng)變片的分布與組橋應(yīng)該遵循以下原則：電阻應(yīng)變片的分布與組橋應(yīng)該遵循以下原則：(1) (1) 根據(jù)彈性元件受力后的根據(jù)彈性元件受力后的應(yīng)力、應(yīng)變分布應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，應(yīng)變片應(yīng)情況，應(yīng)變片應(yīng)該該布置布置在彈性元件產(chǎn)生在彈性元件產(chǎn)生應(yīng)變最大應(yīng)變最大的位置，且沿主應(yīng)力方的位置，且沿主應(yīng)力方向貼片；貼片處的向貼片；貼片處的應(yīng)變應(yīng)變盡量與外

49、載荷呈盡量與外載荷呈線性關(guān)系線性關(guān)系. .(2) (2) 根據(jù)電橋的和差特性，將應(yīng)變片根據(jù)電橋的和差特性，將應(yīng)變片布置在布置在彈性元件具有彈性元件具有正正負極性負極性的應(yīng)變區(qū)，并選擇合理的的應(yīng)變區(qū)，并選擇合理的接入電橋接入電橋方式，以使輸方式，以使輸出出靈敏度最大靈敏度最大，同時又可以消除或減小，同時又可以消除或減小非待測力非待測力的影響，的影響，并進行溫度補償。并進行溫度補償。 *黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity535.4 應(yīng)變式傳感器應(yīng)用應(yīng)變式傳感器應(yīng)用一、一、 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 被測物理量為被測物理量為荷重荷重或或力力的應(yīng)變式傳感器，統(tǒng)稱為

50、的應(yīng)變式傳感器，統(tǒng)稱為應(yīng)變式應(yīng)變式力力傳感器傳感器。其主要用作各種電子稱與材料試驗機的測力元件、。其主要用作各種電子稱與材料試驗機的測力元件、 發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。 應(yīng)變式力傳感器要求有應(yīng)變式力傳感器要求有較高的靈敏度較高的靈敏度和穩(wěn)定性，當傳感和穩(wěn)定性，當傳感器在器在受到側(cè)向受到側(cè)向作用力或作用力或力的作用點力的作用點發(fā)生輕微變化時，不應(yīng)對發(fā)生輕微變化時，不應(yīng)對輸出有明顯的影響。輸出有明顯的影響。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity54等截面等截面圓柱圓柱應(yīng)變式應(yīng)變式荷重傳感器荷重傳感器的原理演

51、示的原理演示一、一、 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity55圖（圖（a a）、（）、（b b）所示為柱式、筒式力傳感器，應(yīng)變片粘貼）所示為柱式、筒式力傳感器，應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻應(yīng)力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片。的中間部分，對稱地粘貼多片。電橋接線時應(yīng)盡量減小載荷偏心和彎矩的影響，貼片在圓電橋接線時應(yīng)盡量減小載荷偏心和彎矩的影響，貼片在圓柱面上的位置及其在橋路中的連接如圖（柱面上的位置及其在橋路中的連接如圖（c c）、（）、（d d）所示。）所示。R R1 1和和R R3 3串接，串接，R R2 2

52、和和R R4 4串接，并置于橋路對臂上以串接，并置于橋路對臂上以減小彎矩減小彎矩影響，橫向貼片影響，橫向貼片R R5 5和和R R7 7串接，串接，R R6 6和和R R8 8串接，作溫度補償用，串接，作溫度補償用，接于另兩個橋臂上。接于另兩個橋臂上。柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity56 (a) 柱式 (b) 筒式 (c) 圓柱面展開圖 (d) 橋路連接圖 圓柱圓柱(筒筒)式力傳感器式力傳感器柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity5715r*黑龍江大學(xué)電

53、子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity58懸臂梁應(yīng)變式電子秤的原理演示懸臂梁應(yīng)變式電子秤的原理演示懸臂梁應(yīng)變式電子秤的原理演示懸臂梁應(yīng)變式電子秤的原理演示*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity59應(yīng)變式加速度傳感器主要用于應(yīng)變式加速度傳感器主要用于物體加速度物體加速度的測量。的測量。其基本工作原理是：物體運動的加速度與其基本工作原理是：物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比，與物體的質(zhì)量作用在它上面的力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，即成反比，即 a = F/m。 二、應(yīng)變式加速度傳感器二、應(yīng)變式加速度傳感器*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Lon

54、gjiang Unversity60 圖所示是應(yīng)變片式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中圖所示是應(yīng)變片式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1是是等強度梁等強度梁，自由端安裝質(zhì)量塊，自由端安裝質(zhì)量塊2，另一端固定在殼體，另一端固定在殼體3上。上。等強度梁上粘貼等強度梁上粘貼四個電阻應(yīng)變四個電阻應(yīng)變敏感元件敏感元件4。為了調(diào)節(jié)振動。為了調(diào)節(jié)振動系統(tǒng)阻尼系數(shù)，在殼體充滿硅油。系統(tǒng)阻尼系數(shù)，在殼體充滿硅油。 測量時，將傳感器殼體與被測對象測量時，將傳感器殼體與被測對象剛性剛性連接，當被測物體連接，當被測物體以加速度以加速度a 運動時，質(zhì)量塊受到一個與運動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反加速度方向相反的的慣性

55、力作用，使慣性力作用，使懸臂梁懸臂梁變形，變形，該變形該變形被被粘貼在懸臂梁上的粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片應(yīng)變片感受到感受到, 并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，即可得出加速度從而輸出電壓，即可得出加速度a值的大小。值的大小。應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊，一應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊，一般適用頻率為般適用頻率為1060Hz范圍。范圍。*黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院Hei Longjiang Unversity61電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖二、應(yīng)變式加速度傳感器二、應(yīng)變式加速度傳感器*黑龍江大學(xué)