電阻應(yīng)變傳感器課件

第二章電阻傳感器

本章學(xué)習(xí)電阻式傳感器的原理及應(yīng)用，包括：電位器、電阻應(yīng)變片、測(cè)溫?zé)犭娮?、氣敏電阻及濕敏電阻等?0/30/20221第二章電阻傳感器

本章學(xué)習(xí)電阻式傳感器的原第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成。10/30/20222第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器一、應(yīng)變片的工作原理

金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大。10/30/20223一、應(yīng)變片的工作原理金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大二、應(yīng)變片的工作原理

設(shè)有一長(zhǎng)度為、截面積為A、半徑為r、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為

當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向作用均勻拉力（或壓力）時(shí)，上式中、r、l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變化。例如金屬絲受拉時(shí)，l將變長(zhǎng)、r變小，均導(dǎo)致R變大；又如，某些半導(dǎo)體受拉時(shí)，將變大，導(dǎo)致R變大。實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量R

R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即

K—電阻應(yīng)變片的靈敏度10/30/20224二、應(yīng)變片的工作原理設(shè)有一長(zhǎng)度為微應(yīng)變(με)

對(duì)于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對(duì)半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時(shí)，電阻率會(huì)產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。在材料力學(xué)中，x=F/(AE)稱為電阻絲的軸向應(yīng)變，也稱縱向應(yīng)變，是量綱為1的數(shù)。

x通常很小，常用10-6表示之。例如，當(dāng)x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(με)。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，否則有可能超過材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。

10/30/20225微應(yīng)變(με)對(duì)于不同的金屬材料，K略微不同應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式由材料力學(xué)可知，x=F/（AE），所以R/R又可表示為

如果應(yīng)變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量Ｅ均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出R/R的數(shù)值，即可獲知試件受力Ｆ的大小，例如可用于電子秤的稱重。10/30/20226應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式由材料力二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。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(shì)。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)。箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、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，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。10/30/20227二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半箔式應(yīng)變片的外形10/30/20228箔式應(yīng)變片的外形10/22/20228半導(dǎo)體應(yīng)變片及金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片外形金屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)10/30/20229半導(dǎo)體應(yīng)變片及金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片外形金屬絲式應(yīng)應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例上表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？

10/30/202210應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例上表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片的粘貼：

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。

10/30/202211應(yīng)變片的粘貼：

1.去污：采用手持砂輪工具

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，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。10/30/202212

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過3.測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。10/30/2022133.測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬

4.焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。

10/30/2022144.焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注

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。

10/30/2022155.固定：焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋

金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R的變化量?jī)H為0.2，所以必須使用不平衡電橋來測(cè)量這一微小的變化量。下面分析該橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路是如何將R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。

10/30/202216三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋金屬應(yīng)變片的電阻變化三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋

10/30/202217三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋10/22/202217電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

調(diào)節(jié)RP，最終可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。

10/30/202218電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

單臂電橋全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。10/30/202219單臂電橋全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半雙臂電橋

R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變1~2以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。10/30/202220雙臂電橋R1、R2為應(yīng)變片四臂全橋

全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1~

R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變1~4）正負(fù)號(hào)相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。10/30/202221四臂全橋全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力全橋的溫度補(bǔ)償原理

當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較小；半橋也同樣能克服溫漂。10/30/202222全橋的溫度補(bǔ)償原理當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用

應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。

10/30/202223四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

FFFF10/30/202224應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器FFFF10/22/202各種懸臂梁

10/30/202225各種懸臂梁10/22/202225各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜10/30/202226各種懸臂梁FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜10/22/202226應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

10/30/202227應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形10/22/202227應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R410/30/202228應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/30/202229應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/22/2022應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/30/202230應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/22/2022荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。

10/30/202231荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變汽車衡10/30/202232汽車衡10/22/202232汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）10/30/202233汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）10/22/汽車衡稱重系統(tǒng)10/30/202234汽車衡稱重系統(tǒng)10/22/202234荷重傳感器計(jì)算公式

當(dāng)KF為常數(shù)時(shí)，橋路所加的激勵(lì)源電壓Ui越高，滿量程輸出電壓Uom也越高。思考：綜合考慮靈敏度與功耗發(fā)熱，Ui的取值范圍多少為好？10/30/202235荷重傳感器計(jì)算公式當(dāng)KF為常數(shù)時(shí)，荷重傳感器應(yīng)用估算

例2-2現(xiàn)用圖2-8所示的荷重傳感器稱重。當(dāng)橋路電壓為6V時(shí)，測(cè)得橋路的輸出電壓為24mV，求被測(cè)荷重為多少噸。解

從圖2-8所示的荷重傳感器銘牌上得到Fm=100103N，KF=2mV/V，根據(jù)式（2-5）得Uom=24mV。被測(cè)荷重

10/30/202236荷重傳感器應(yīng)用估算例2-2現(xiàn)用圖2-8荷重傳感器應(yīng)用估算

在上面介紹過的汽車衡示意圖中，共使用了4個(gè)荷重傳感器，量程Fm=20t，靈敏度KF=2.5mV/V，使用4個(gè)獨(dú)立的橋路電源，每一個(gè)電源電壓均相等，Ui=12V，四個(gè)荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓Uo=24mV，請(qǐng)估算汽車的質(zhì)量。

汽車在鋼板上有少許的前、后、左、右偏位，是否會(huì)影響測(cè)量結(jié)果？為什么？

10/30/202237荷重傳感器應(yīng)用估算在上面介紹過的汽荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重

荷重傳感器（共3個(gè)，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個(gè)未拍出）底座墊塊電纜10/30/202238荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重荷重傳感器底座墊塊電纜10/22/電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示10/30/202239電子秤磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示10/22/202239電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一10/30/202240電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一10/22/202240人體秤

10/30/202241人體秤10/22/202241吊鉤秤

便攜式10/30/202242吊鉤秤便攜式10/22/202242應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。10/30/202243應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

10/30/202244壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

10/30/202245壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號(hào)處理電路10/30/202246壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號(hào)小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對(duì)壓力傳感器10/30/202247小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對(duì)壓力傳感器1小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器10/30/202248小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管10/30/202249小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管10/投入式液位計(jì)

壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：p1的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。

10/30/202250投入式液位計(jì)壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器

光柱顯示器

橡膠背壓管

10/30/202251投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器光柱顯

投入式液位傳感器

投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測(cè)量。

10/30/202252

投入式液位傳感器

投入式液位傳感器安裝方投入式液位計(jì)液位的計(jì)算：

安裝高度h0處水的表壓

p1=gh1

h=h0+h1=h0+p1/（g）

例：液位計(jì)安裝高度為1m，測(cè)得壓力為98kPa，求水的深度。10/30/202253投入式液位計(jì)液位的計(jì)算：

安裝高度h0處水的表壓電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量范圍：±19999με；分辨率：1με；電橋電壓：直流2.5V；

應(yīng)變片：120Ω或其他阻值；測(cè)量點(diǎn)數(shù)：8/16點(diǎn)；10/30/202254電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量范圍：±19999με；1電阻應(yīng)變儀（續(xù)）右圖所示的靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：量程：1±10000με頻率范圍：0-150kHz平衡方式：手動(dòng)精度：0.3%零點(diǎn)飄移：

-/℃：±0.1με

-/24小時(shí)：±0.5με靈敏度變化：

-/℃：±0.05%

-/24小時(shí)：±0.3%信噪比：52dB（參考東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所資料）10/30/202255電阻應(yīng)變儀（續(xù)）右圖所示的靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：電阻應(yīng)變儀（續(xù)）接線端子10/30/202256電阻應(yīng)變儀（續(xù)）接線端子10/22/202256與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測(cè)量模塊

10/30/202257與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測(cè)量模塊10/22/202257材料應(yīng)變的測(cè)量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試

10/30/202258材料應(yīng)變的測(cè)量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試10/22/20225第一節(jié)作業(yè)P38，2、310/30/202259第一節(jié)作業(yè)P38，2、310/22/202259休息一下10/30/202260休息一下10/22/202260第二章電阻傳感器

本章學(xué)習(xí)電阻式傳感器的原理及應(yīng)用，包括：電位器、電阻應(yīng)變片、測(cè)溫?zé)犭娮?、氣敏電阻及濕敏電阻等?0/30/202261第二章電阻傳感器

本章學(xué)習(xí)電阻式傳感器的原第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成。10/30/202262第一節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器一、應(yīng)變片的工作原理

金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大。10/30/202263一、應(yīng)變片的工作原理金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大二、應(yīng)變片的工作原理

設(shè)有一長(zhǎng)度為、截面積為A、半徑為r、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為

當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向作用均勻拉力（或壓力）時(shí)，上式中、r、l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變化。例如金屬絲受拉時(shí)，l將變長(zhǎng)、r變小，均導(dǎo)致R變大；又如，某些半導(dǎo)體受拉時(shí)，將變大，導(dǎo)致R變大。實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量R

R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即

K—電阻應(yīng)變片的靈敏度10/30/202264二、應(yīng)變片的工作原理設(shè)有一長(zhǎng)度為微應(yīng)變(με)

對(duì)于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對(duì)半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時(shí)，電阻率會(huì)產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。在材料力學(xué)中，x=F/(AE)稱為電阻絲的軸向應(yīng)變，也稱縱向應(yīng)變，是量綱為1的數(shù)。

x通常很小，常用10-6表示之。例如，當(dāng)x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(με)。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，否則有可能超過材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。

10/30/202265微應(yīng)變(με)對(duì)于不同的金屬材料，K略微不同應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式由材料力學(xué)可知，x=F/（AE），所以R/R又可表示為

如果應(yīng)變片的靈敏度K和試件的橫截面積A以及彈性模量Ｅ均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出R/R的數(shù)值，即可獲知試件受力Ｆ的大小，例如可用于電子秤的稱重。10/30/202266應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式由材料力二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。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(shì)。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)。箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、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，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。10/30/202267二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半箔式應(yīng)變片的外形10/30/202268箔式應(yīng)變片的外形10/22/20228半導(dǎo)體應(yīng)變片及金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片外形金屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)10/30/202269半導(dǎo)體應(yīng)變片及金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片外形金屬絲式應(yīng)應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例上表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？

10/30/202270應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例上表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片的粘貼：

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。

10/30/202271應(yīng)變片的粘貼：

1.去污：采用手持砂輪工具

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，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。10/30/202272

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過3.測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。10/30/2022733.測(cè)量：從分開的端子處，預(yù)先用萬

4.焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。

10/30/2022744.焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注

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。

10/30/2022755.固定：焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋

金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R的變化量?jī)H為0.2，所以必須使用不平衡電橋來測(cè)量這一微小的變化量。下面分析該橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路是如何將R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。

10/30/202276三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋金屬應(yīng)變片的電阻變化三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋

10/30/202277三、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡電橋10/22/202217電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

調(diào)節(jié)RP，最終可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。

10/30/202278電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

單臂電橋全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。10/30/202279單臂電橋全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半雙臂電橋

R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變1~2以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。10/30/202280雙臂電橋R1、R2為應(yīng)變片四臂全橋

全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1~

R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變1~4）正負(fù)號(hào)相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。10/30/202281四臂全橋全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力全橋的溫度補(bǔ)償原理

當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較?。话霕蛞餐瑯幽芸朔仄?0/30/202282全橋的溫度補(bǔ)償原理當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用

應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。

10/30/202283四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

FFFF10/30/202284應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器FFFF10/22/202各種懸臂梁

10/30/202285各種懸臂梁10/22/202225各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜10/30/202286各種懸臂梁FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜10/22/202226應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

10/30/202287應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形10/22/202227應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R410/30/202288應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/30/202289應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/22/2022應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/30/202290應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/22/2022荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。

10/30/202291荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變汽車衡10/30/202292汽車衡10/22/202232汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）10/30/202293汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）10/22/汽車衡稱重系統(tǒng)10/30/202294汽車衡稱重系統(tǒng)10/22/202234荷重傳感器計(jì)算公式

當(dāng)KF為常數(shù)時(shí)，橋路所加的激勵(lì)源電壓Ui越高，滿量程輸出電壓Uom也越高。思考：綜合考慮靈敏度與功耗發(fā)熱，Ui的取值范圍多少為好？10/30/202295荷重傳感器計(jì)算公式當(dāng)KF為常數(shù)時(shí)，荷重傳感器應(yīng)用估算

例2-2現(xiàn)用圖2-8所示的荷重傳感器稱重。當(dāng)橋路電壓為6V時(shí)，測(cè)得橋路的輸出電壓為24mV，求被測(cè)荷重為多少噸。解

從圖2-8所示的荷重傳感器銘牌上得到Fm=100103N，KF=2mV/V，根據(jù)式（2-5）得Uom=24mV。被測(cè)荷重

10/30/202296荷重傳感器應(yīng)用估算例2-2現(xiàn)用圖2-8荷重傳感器應(yīng)用估算

在上面介紹過的汽車衡示意圖中，共使用了4個(gè)荷重傳感器，量程Fm=20t，靈敏度KF=2.5mV/V，使用4個(gè)獨(dú)立的橋路電源，每一個(gè)電源電壓均相等，Ui=12V，四個(gè)荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓Uo=24mV，請(qǐng)估算汽車的質(zhì)量。

汽車在鋼板上有少許的前、后、左、右偏位，是否會(huì)影響測(cè)量結(jié)果？為什么？

10/30/202297荷重傳感器應(yīng)用估算在上面介紹過的汽荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重

荷重傳感器（共3個(gè)，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個(gè)未拍出）底座墊塊電纜10/30/202298荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重荷重傳感器底座墊塊電纜10/22/電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示10/30/202299電子秤磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示10/22/202239電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一10/30/2022100電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一10/22/202240人體秤

10/30/2022101人體秤10/22/202241吊鉤秤

便攜式10/30/2022102吊鉤秤便攜式10/22/202242應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。10/30/2022103應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

10/30/2022104壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

10/30/2022105壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、壓阻式固態(tài)