電阻應(yīng)變傳感器

1、第2章 電阻應(yīng)變式傳感器 Resistance Strain Gage傳感器原理及應(yīng)用Principle and Application of Sensors每課一新傳感器介紹美研制“武士”傳感器美國(guó)陸軍正在研制一種可嵌入未來(lái)“武士”軍服內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，指揮官和醫(yī)護(hù)人員可通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)“武士”們的生理狀態(tài)。該項(xiàng)研究將產(chǎn)生下一代戰(zhàn)斗軍服，內(nèi)嵌有可配置的微型無(wú)線傳感器群。目前的試驗(yàn)傳感器可監(jiān)測(cè)心跳、步行（行軍）的代謝能量消耗、內(nèi)層皮膚溫度以及靈敏或遲鈍情況。未來(lái)的傳感器將把數(shù)據(jù)傳送到一個(gè)中央集線器設(shè)備，該設(shè)備做成呼機(jī)大小，佩帶在士兵皮帶上，形成一個(gè)低功率的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)。傳感器的數(shù)據(jù)提供關(guān)于士兵

2、體力消耗、生理壓力和警覺(jué)程度等的信息。 電阻應(yīng)變式傳感器概述工作原理：金屬絲、箔、薄膜在外界應(yīng)力 作用下電阻值變化的效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便可測(cè)力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等物理量；彈性敏感元件力、壓力、位移電阻應(yīng)變片電橋電路RU易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、多點(diǎn)及遠(yuǎn)距離測(cè)量、遙測(cè)；靈敏度高，測(cè)量速度快，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量；應(yīng)變片用于各種電子衡器 磅秤電子天平材料應(yīng)變的測(cè)量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試 汽車衡稱重系統(tǒng)汽車衡2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng) 金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大 。應(yīng)變電

3、阻傳感測(cè)量原理應(yīng)變片產(chǎn)生微小變形電阻值變化測(cè)得應(yīng)變值求得應(yīng)力值外力F傳感器的組成以測(cè)量汽車油箱中汽油液位的裝置為例 工作原理及分類電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，使物理量的變化變成應(yīng)變片的應(yīng)力、應(yīng)變變化，從而變成電阻值變化。 根據(jù)應(yīng)變片的材料不同，可分為三種電阻絲應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 電阻應(yīng)變片式傳感器是目前用 于測(cè)量力、力矩、壓力、加速度、質(zhì)量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。其基本結(jié)構(gòu)與組成如左圖示意。電阻絲(敏感柵)轉(zhuǎn)換元件基底與面膠中間介質(zhì)和絕緣作用蓋層引線-連接測(cè)量導(dǎo)線之用結(jié)構(gòu)形式敏感柵敏感柵用來(lái)感受應(yīng)變并轉(zhuǎn)換為電阻的變化。金屬絲電阻應(yīng)變片的敏

4、感柵由具有高電阻率的金屬絲(康銅或鎳鉻合金等，直徑0.0150.05mm左右)繞成。 上式S為常數(shù)，通常很小，為了得到較大的R，就必須增大R值。結(jié)構(gòu)形式金屬箔式電阻應(yīng)變片的敏感柵是用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。金屬柵采用光刻技術(shù)制造，適于大批量生產(chǎn)。其線條均勻，尺寸準(zhǔn)確，阻值一致性好。箔片厚約1um10um，散熱好，黏結(jié)情況好，傳遞試件應(yīng)變性能好。因此目前使用的多系金屬箔式應(yīng)變片。結(jié)構(gòu)形式基底和覆蓋層基底和覆蓋層的作用是保持敏感柵的幾何形狀及敏感柵與被測(cè)試件之間的電絕緣，并起著防潮、防蝕、防損等作用。引線引線起著敏感柵與測(cè)量電路之間過(guò)渡連接和引導(dǎo)的作用。粘結(jié)劑粘結(jié)劑的作用是把覆蓋層和敏感柵固結(jié)

5、在基底上。使用時(shí)，把應(yīng)變片基底再粘貼在試件表面的被測(cè)部位。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；靈敏度高，精確度高，測(cè)量速度快，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量； 易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量，以及遠(yuǎn)距測(cè)量和遙測(cè)；可測(cè)多種物理量，如：位移、加速度、力、力矩、壓力等。 （一）電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的電阻： 電阻相對(duì)變化：金屬絲的軸向應(yīng)變；金屬絲的徑向應(yīng)變（ dS /S=2dr/r） ； 泊松系數(shù)；(Poisson ratio)電阻相對(duì)變化： 式中：K 金屬絲的靈敏系數(shù)；(gage factor)令：在金屬絲的彈性范圍內(nèi)，靈敏系數(shù)KS 為常數(shù)，即 ： 線性關(guān)系通常很小，常用10-6表示之。例如，

6、當(dāng) 為0.000001時(shí)，在工程中常表示為110-6或m/m。在應(yīng)變測(cè)量中，也常將之稱為微應(yīng)變()。對(duì)金屬材料而言，當(dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過(guò)材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。K的大小受兩個(gè)因素影響：一是1+2u，由電阻絲尺寸決定的；另一個(gè)是 ，它表示為電阻率隨應(yīng)變的變化，稱為壓阻效應(yīng)。K是個(gè)常數(shù)，數(shù)值在1.62.0之間。x是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，其值很小，常用微應(yīng)變u來(lái)表示。一個(gè)u相當(dāng)于長(zhǎng)度為1m的試件變形1um。1um=1*10-6.1.電阻絲式應(yīng)變片 (bonded metal-wire gage) 直徑在0.0120.05mm的金屬絲；2.金

7、屬箔式應(yīng)變片(bonded metal-foil gage)厚度在0.0010.01mm的金屬箔；箔式應(yīng)變片原理： 它是利用照相制版或光刻腐蝕法將電阻箔材在絕緣基底上制成各種圖形的應(yīng)變片；優(yōu)點(diǎn)：敏感柵尺寸準(zhǔn)確，線條均勻；其彎頭橫向效應(yīng)可以忽略；可通過(guò)較大的電流；散熱性好，壽命長(zhǎng)；生產(chǎn)效率高；箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對(duì)金屬箔式應(yīng)變片進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使其線脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，

8、從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。2.2.3 應(yīng)變片的材料1.敏感柵材料 對(duì)敏感柵的材料的要求：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測(cè)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(zhǎng)的應(yīng)變片；電阻溫度系數(shù)要小；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； 加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材； 易于焊接，對(duì)引線材料的熱電勢(shì)小。 常用材料有：康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、鉑、鉑鎢合金等，如下表。材料名稱化學(xué)成分%電阻率/(mm/m)電阻溫度系數(shù)/（10-6/）靈敏系數(shù)Ks線膨脹系數(shù)/（10-6/）最高使用溫度/康銅Cu55Ni450.45

9、0.52202.015250(靜態(tài))400(動(dòng)態(tài))鎳鉻合金Ni80Cr201.01.11101302.12.314450(靜態(tài))800(動(dòng)態(tài))卡瑪合金6J22Ni74,Cr20Al3,Fe31.241.42202.42.613.3450(靜態(tài))800(動(dòng)態(tài))伊文合金6J23Ni75,Cr20Al3,Cu21.241.42202.42.613.3450(靜態(tài))800(動(dòng)態(tài))鐵鉻鋁合金Fe余量Cr26,Al5.41.31.530402.614550(靜態(tài))1000(動(dòng)態(tài))鉑鎢合金Pt90.591.5W8.59.50.740.761391923.03.29800(靜態(tài))1000(動(dòng)態(tài))鉑Pt0.09

10、0.1139004.69800(靜態(tài))1000(動(dòng)態(tài))鉑銥合金Pt80,Ir200.35901.013800(靜態(tài))1000(動(dòng)態(tài)) 基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對(duì)位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可保護(hù)敏感柵?；椎娜L(zhǎng)稱為基底長(zhǎng)，其寬度稱為基底寬。 基底材料有紙基和膠基。膠基由環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和聚酰亞胺等制成膠膜，厚度約0.030.05mm2.基底材料3.黏合劑材料 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

11、機(jī)和無(wú)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(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂，聚酰亞胺等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。類型主要成分牌號(hào)適于黏合的基底材料最低固化條件固化壓力/104Pa使用溫度/硝化纖維素黏合劑硝化纖維素溶劑萬(wàn)能膠紙室溫10小時(shí)或602小時(shí)0.515080氰基丙烯酸黏合劑氰基丙烯酸酯501，502紙、膠膜、玻璃纖維布室溫1小時(shí)粘合時(shí)指壓10080聚酯樹(shù)脂黏合劑不飽和聚酯樹(shù)脂、過(guò)氧化環(huán)已酮、萘酸鈷干料膠膜、玻璃纖維布室溫24小時(shí)0.30.550150環(huán)氧樹(shù)脂類黏合劑環(huán)氧樹(shù)脂、聚硫酚銅胺、固化劑914膠膜、玻璃纖維布室溫2.5小時(shí)粘合時(shí)指壓608

12、0酚醛環(huán)氧、無(wú)機(jī)填料、固化劑509膠膜、玻璃纖維布2002小時(shí)粘合時(shí)指壓100250環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛、甲苯二酚、石棉粉等J06-2膠膜、玻璃纖維布1503小時(shí)2196250酚醛樹(shù)脂類黏合劑酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇縮丁醛JSF-2膠膜、玻璃纖維布1501小時(shí)1260150酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇縮甲乙醛1720膠膜、玻璃纖維布1903小時(shí)60100酚醛樹(shù)脂、有機(jī)硅J-12膠膜、玻璃纖維布2003小時(shí)60350聚酰亞胺黏合劑聚酰亞胺30-14膠膜、玻璃纖維布2802小時(shí)13150250磷酸鹽黏合劑磷酸二氫鋁無(wú)機(jī)填料GJ-14LN-3金屬薄片、臨時(shí)基底4001小時(shí)550P1064003小時(shí)700氧化物噴涂二氧化二

13、鋁金屬薄片、臨時(shí)基底8004.引線材料是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬線。對(duì)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。2.3應(yīng)變片的主要參數(shù)1.應(yīng)變片電阻值（R0）電阻應(yīng)變片的電阻值為60、120、350，500和1000 等多種規(guī)格，以120最為常用。應(yīng)變片的電阻值越大，允許的工作電壓就大，傳感器的輸出電壓也大，相應(yīng)地應(yīng)變片的尺寸也要增大，在條件許可的情況下，應(yīng)盡量選用高阻值應(yīng)變片。2.絕緣電阻(敏感柵與基底間電阻值：要求1010歐姆； 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

14、的泊松比為0.285的鋼材時(shí)測(cè)得的。測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)KS。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因素。 3.應(yīng)變片的靈敏系數(shù)（K）金屬應(yīng)變絲的電阻相對(duì)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，與金屬單絲情況不同。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻應(yīng)變特性重新測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變?cè)诤軐挼姆秶鷥?nèi)均為線性關(guān)系。即4.機(jī)械滯后 應(yīng)變片粘貼在被測(cè)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。產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)

15、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。 對(duì)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)變片的零點(diǎn)漂移。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。5.零漂和蠕變?nèi)绻谝欢囟认拢箲?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蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)

16、變量的方向相反。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(duì)時(shí)間穩(wěn)定性的指標(biāo)，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)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。6.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(duì)測(cè)試值的真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過(guò)規(guī)定范圍（一般為10%）時(shí)的最大真實(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(cè)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i10%1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?；缀驼?/p>

17、結(jié)劑的厚度不宜過(guò)大，并應(yīng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓袒幚恚拍塬@得較高的應(yīng)變極限。疲勞壽命指對(duì)已粘貼好的應(yīng)變片，在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)。7.允許電流：靜態(tài)25mA,動(dòng)態(tài)：75100mA；2-3 半導(dǎo)體應(yīng)變片一、壓阻效應(yīng)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)。所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化可由下式表示：半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻率變化引起的/遠(yuǎn)大于由幾何變形引起的(1+2)，其電阻變化率為：半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度為：-應(yīng)力；E-半導(dǎo)體材料的彈性模量；-沿半導(dǎo)體小條縱向的應(yīng)變。二、半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

18、半導(dǎo)體應(yīng)變片分為兩類：體型半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片是將半導(dǎo)體單晶硅或者鍺加工成條狀，在兩端焊上引線后粘貼在膠膜基地上即成。擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片是在電阻率很大的單晶硅支持片上，定域擴(kuò)散一層P型或N型雜質(zhì)，形成極薄的導(dǎo)電層，焊上電極即成。二、半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)因?yàn)榘雽?dǎo)體應(yīng)變片的兩個(gè)缺點(diǎn)，在使用半導(dǎo)體應(yīng)變片時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償，為此研制了相應(yīng)的補(bǔ)償型半導(dǎo)體應(yīng)變片：溫度自補(bǔ)償式半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)補(bǔ)償式應(yīng)變片二、半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出特點(diǎn)是靈敏度高，可測(cè)微小應(yīng)變。半導(dǎo)體應(yīng)變片的另一個(gè)特點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械滯后小，耗電少。半導(dǎo)體應(yīng)變片的缺點(diǎn)：電

19、阻溫度系數(shù)大，對(duì)環(huán)境溫度的變化敏感；測(cè)量大應(yīng)變時(shí)靈敏度的非線性嚴(yán)重。3-3 電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。用來(lái)測(cè)量力、位移、壓力、加速度、扭矩等物理參數(shù)。一、電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器（一）電阻應(yīng)變式力傳感器的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變式力傳感器按彈性元件結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為柱式、環(huán)式、梁式等幾種。柱式力傳感器柱式力傳感器分圓筒形和圓柱形兩種，其結(jié)構(gòu)是在圓筒或圓柱上按一定方式貼上應(yīng)變片。實(shí)心圓柱可以承受較大的載荷，但靈敏度較低，為了提高靈敏度，特別是在小集中應(yīng)力測(cè)量時(shí)常采用空心圓筒。柱式力傳感器主要用來(lái)測(cè)

20、量拉力和壓力。測(cè)量范圍幾千牛頓到幾兆牛頓，精度可達(dá)（0.3%0.5%）。環(huán)式力傳感器環(huán)式彈性元件的結(jié)構(gòu)如圖。環(huán)式彈性元件受力后產(chǎn)生彎曲變形，根據(jù)彎曲情況畫(huà)出彎矩圖。當(dāng)彈性元件的材料和尺寸確定后，彎矩M和應(yīng)變成正比，彎矩最大的地方應(yīng)變最大。由彎矩圖可知，在外力作用下環(huán)上各點(diǎn)的應(yīng)力差別很大。應(yīng)變?yōu)榱愕狞c(diǎn)稱為應(yīng)變節(jié)點(diǎn)。環(huán)式力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖。環(huán)式力傳感器精度高，穩(wěn)定性好，可拉壓兩用，測(cè)量范圍幾百牛頓到零點(diǎn)幾兆牛頓，精度可達(dá)0.05%。環(huán)式力傳感器使用時(shí)上下受力必須是線接觸，如果是面接觸，將產(chǎn)生非線性誤差。環(huán)式力傳感器靜態(tài)測(cè)量：要求彈性體剛度小，反作用力小，動(dòng)態(tài)測(cè)量：固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好測(cè)點(diǎn)位移 測(cè)

21、桿 彈簧伸長(zhǎng) 懸臂梁彎曲1、測(cè)點(diǎn)；2、懸臂梁；3、彈簧；7、應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)的位移：x=x1+x2 x1-懸臂梁自由端的位移， x2-彈簧的伸長(zhǎng)量。3.位移傳感器若選k2k1，能使懸臂梁的端點(diǎn)位移很小，而測(cè)量的位移卻很大，還能保持很好的線性關(guān)系。2-擴(kuò)散電阻；3-硅梁；4-質(zhì)量塊m質(zhì)量塊受到加速度a的作用時(shí)，加速度產(chǎn)生力f=ma，懸臂梁受到彎矩作用產(chǎn)生應(yīng)變力，上表面延展性變形。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形小巧，性能優(yōu)越，集成度高，可測(cè)低頻加速度應(yīng)用：航空-風(fēng)洞試驗(yàn)，過(guò)載加速度，振動(dòng) 工業(yè)-汽車振動(dòng)參數(shù)測(cè)試（0Hz），主動(dòng)式消振器 建筑-建筑物晃動(dòng)，大橋橋梁擺動(dòng)，加速度質(zhì)量塊彎矩應(yīng)變MEMS：微型電子機(jī)械系統(tǒng)

22、技術(shù)-微型壓阻式傳感器4.加速度傳感器應(yīng)變式傳感器實(shí)例 應(yīng)變式壓力傳感器 應(yīng)變式力傳感器 2.4應(yīng)變片的應(yīng)用2.4.1應(yīng)變片的選擇應(yīng)變片類型的選擇2.材料的選擇3.阻值的選擇4.尺寸的選擇 2.4.2應(yīng)變片的使用 1. 去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。 2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過(guò)的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡 。 3.測(cè)量 ： 從分開(kāi)的端子處，預(yù)先用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。

23、 4.焊接： 將引線和端子用烙鐵焊接起來(lái)，注意不要把端子扯斷。 5.固定： 焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。 2.5 轉(zhuǎn)換電路應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻相對(duì)變化R/R，要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電路測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量。電阻應(yīng)變片的測(cè)量線路多采用交流電橋(配交流放大器)，其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡(jiǎn)單，因此首先分析直流電橋。2.5.1恒壓源直流電橋如圖所示。電源E為恒壓源，其內(nèi)阻為零。根據(jù)電路學(xué)中的克希霍夫定律，列出電路方程：R2R4R1R3Ui恒壓電橋電路原理圖RLACDILB式中 RL為負(fù)載電阻，因而其輸出電壓UL為:聯(lián)立求解上述方程，求出檢流計(jì)中流過(guò)的電流Io為:當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，IL=0，UL=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。若電橋的負(fù)載電阻RL為無(wú)窮大，則B、D兩點(diǎn)可視為開(kāi)路，上式可以化簡(jiǎn)為:設(shè)R1為應(yīng)變片的阻值，工作時(shí)R1有一增量R1，當(dāng)為拉伸應(yīng)變時(shí)，R1為正；壓縮應(yīng)變時(shí)，R1為負(fù)。在上式中以R1+R1代替R1，則(2-12)由于R1 R1 ,略去(2-13)分母中的 R1 /R1得：整理得：(2-13)定義橋臂比：(2-14) (2-15) 當(dāng)dKU/dn=0時(shí)， dKU最大，此時(shí)n=1； 即R2=R1；R4= R3當(dāng)n=1時(shí)，電橋?yàn)榈缺垭姌颍漭敵鲭妷簽椋?(2-16)定