3.2+3.3 電阻式力敏傳感器

3力敏傳感器力敏傳感器指對力學(xué)量敏感的一類器件或裝置。按工作原理分：①應(yīng)變式力敏傳感器②壓阻式力敏傳感器③電感式力敏傳感器④電容式力敏傳感器⑤壓電式力敏傳感器⑥諧振式力敏傳感器3.2應(yīng)變式力敏傳感器3.3

壓阻式力敏傳感器原理：基于金屬或半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，將受力試件上的力/壓力變化轉(zhuǎn)變成阻值變化。（電阻式力敏傳感器）⑴金屬應(yīng)變式傳感器

⑵半導(dǎo)體壓阻式傳感器

金屬絲受拉時，l變長、r變小，導(dǎo)致R變大。1、應(yīng)變效應(yīng)

當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一根長度為l、截面積為A、電阻率為ρ的金屬絲，其電阻為R3.2.1電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理圖1導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化A=πr2dA/A=2πrdr/(πr2)=2dr/rdr/r為金屬絲半徑的相對變化，即徑向應(yīng)變?yōu)棣舝，εr=–με將微分dR、dρ改寫成增量ΔR、Δρ，則泊松比軸向應(yīng)變ε-2με物理意義：單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。KS由兩部分組成：(1)前一部分是（1+2μ），由材料的幾何尺寸變化引起（即“應(yīng)變效應(yīng)”），一般金屬μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；(2)后一部分為，電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。應(yīng)變效應(yīng)：對金屬材料，以前者為主，則KS≈1+2μ；實驗表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變ε成正比。通常KS在1.6～4.8范圍內(nèi)。壓阻效應(yīng)：對半導(dǎo)體，KS值主要由電阻率相對變化所決定。3.2.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與分類應(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。1.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。但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗。

2341電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖bl

應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與材料由敏感柵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。

（1）敏感柵由金屬細絲繞成柵形。電阻應(yīng)變片的電阻值為60Ω、120Ω、200Ω等多種規(guī)格，以120Ω最為常用。應(yīng)變片柵長大小關(guān)系到所測應(yīng)變的準確度，應(yīng)變片測得的應(yīng)變大小是應(yīng)變片柵長和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應(yīng)變量。柵長柵寬對敏感柵的材料的要求：①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)；②電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；③電阻溫度系數(shù)要小；④抗氧化能力高，耐腐蝕性能強；⑤在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度；⑥加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；⑦易于焊接，對引線材料的熱電勢小。對應(yīng)變片要求必須根據(jù)實際使用情況，合理選擇。（2）基底和蓋片

基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護敏感柵。基底的全長稱為基底長，其寬度稱為基底寬。（3）引線是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細金屬線。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，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個方向和位置上。以便將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計的基底和敏感柵。常用的粘結(jié)劑分為有機和無機兩大類。有機粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。2.金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片的工作原理基本和電阻絲式應(yīng)變片相同。它的電阻敏感元件不是金屬絲柵，而是通過光刻、腐蝕等工序制成的薄金屬箔柵，故稱箔式電阻應(yīng)變片，如圖。金屬箔的厚度—般為(0.003～0.010)mm，它的基片和蓋片多為膠質(zhì)膜，基片厚度一般為(0.03～0.05)mm。特點:①金屬箔柵很薄，因而它所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面的應(yīng)力狀態(tài)更為接近。其次，當(dāng)箔材和絲材具有同樣的截面積時，箔材與粘接層的接觸面積比絲材大，使它能更好地和試件共同工作。第三，箔柵的端部較寬，橫向效應(yīng)較小，因而提高了應(yīng)變測量的精度。②箔材表面積大，散熱條件好，故允許通過較大電流，因而可以輸出較大信號，提高了測量靈敏度。③箔柵的尺寸準確、均勻，且能制成任意形狀，特別是為制造應(yīng)變花和小標距應(yīng)變片提供了條件，從而擴大了應(yīng)變片的使用范圍。④便于成批生產(chǎn)。⑤缺點：電阻值分散性大，有的相差幾十Ω，故需要作阻值調(diào)整；生產(chǎn)工序較為復(fù)雜，因引出線的焊點采用錫焊，因此不適于高溫環(huán)境下測量；此外價格較貴。金屬薄膜式應(yīng)變片3.金屬薄膜式應(yīng)變片特點：電阻值比箔式應(yīng)變片高，形狀和尺寸也比箔式應(yīng)變的更小更精確；它沒有箔式應(yīng)變片腐蝕所引入的瑕疵；制成的結(jié)構(gòu)散熱好，對有較寬的溫度范圍也可達到較完善的補償；特別是近年由于激光調(diào)組技術(shù)的發(fā)展，提高了電阻值的精度，可達到0.01%。尤其突出的是：陶瓷絕緣代替了膠接，既避免了復(fù)雜的分選和粘貼技術(shù)，而且對膠接法所引入的漂移、蠕變、疲勞等弱點都有很大的克服。工藝：采用真空蒸或真空沉積法等在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，最后加上保護層應(yīng)變片主要性能指標舉例上表中，哪幾個型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？

1.橋式測量轉(zhuǎn)換電路

金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測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=2

1011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R的變化量僅為0.2

，所以必須使用不平衡電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉(zhuǎn)換電路是如何將R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。

3.2.3應(yīng)變片的組橋和布片

應(yīng)變片布片和組橋方法在應(yīng)變儀中，電橋?qū)⒈粶y應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電壓輸出，再經(jīng)過放大、相敏檢波、A/D轉(zhuǎn)換等處理，最后顯示被測應(yīng)變數(shù)值。uiR2R3R1R4uo橋臂電阻R1、R2、R3、R4在力作用下所產(chǎn)生的阻值變化分別為

R1、

R2、

R3、

R4，若R1=R2=R3=R4

，且只考慮微應(yīng)變，則：如果各橋臂應(yīng)變片的靈敏度Sg相同，則有：力的測量(3/23)abdc表中符號說明：Sg—應(yīng)變片的靈敏度；ui—供橋電壓；

—被測件的泊松比；

r—應(yīng)交儀讀數(shù)，即指示應(yīng)變；

—所要測量的機械應(yīng)變值。

拉伸（壓縮）應(yīng)變測量序號受力狀態(tài)簡圖應(yīng)變片數(shù)量電橋組合形式溫度補償情況電橋輸出電壓測量項目及應(yīng)變值特點電橋形式電橋接法12半橋式R1與R2同溫拉(壓)應(yīng)變

＝

r

不能消除彎矩的影響22互為補償拉(壓)應(yīng)變

輸出電壓提高到(1+

)倍，不能消除彎矩的影響FFR1R2FFR1R2abcR1R2力的測量(4/23)表中符號說明：Sg—應(yīng)變片的靈敏度；ui—供橋電壓；

—被測件的泊松比；

r—應(yīng)交儀讀數(shù)，即指示應(yīng)變；

—所要測量的機械應(yīng)變值。序號受力狀態(tài)簡圖應(yīng)變片數(shù)量電橋組合形式溫度補償情況電橋輸出電壓測量項目及應(yīng)變值特點電橋形式電橋接法34全橋式R1R2

R'1

R'2四片同溫拉(壓)應(yīng)變

＝

r/2輸出電壓提高一倍，且可消除彎矩的影響FFR1R2R'1R'2abcR1R2R'1R'2abcdR1R2R'1R'2（續(xù)）力的測量(5/23)表中符號說明：Sg—應(yīng)變片的靈敏度；ui—供橋電壓；

—被測件的泊松比；

r—應(yīng)交儀讀數(shù)，即指示應(yīng)變；

—所要測量的機械應(yīng)變值。序號受力狀態(tài)簡圖應(yīng)變片數(shù)量電橋組合形式溫度補償情況電橋輸出電壓測量項目及應(yīng)變值特點電橋形式電橋接法44全橋式互為補償拉(壓)應(yīng)變

輸出電壓提高到2(1+

)倍，且可消除彎矩的影響abcR1R3R2R4abcdR1R3R2R4（續(xù)）FFR1R3R2(R4)R2R4FFR1(R3)力的測量(6/23)

彎曲應(yīng)變測量表中符號說明：Sg—應(yīng)變片的靈敏度；ui—供橋電壓；

—被測件的泊松比；

r—應(yīng)交儀讀數(shù)，即指示應(yīng)變；

—所要測量的機械應(yīng)變值。序號受力狀態(tài)簡圖應(yīng)變片數(shù)量電橋組合形式溫度補償情況電橋輸出電壓測量項目及應(yīng)變值特點電橋形式電橋接法12半橋式R1與R2同溫彎曲最大應(yīng)變

＝

r

不能消除拉伸的影響22互為補償彎曲最大應(yīng)變

輸出電壓提高到(1+

)倍，不能消除拉伸的影響abcR1R2MMR1R2R1R2MMR2R1力的測量(7/23)表中符號說明：Sg—應(yīng)變片的靈敏度；ui—供橋電壓；

—被測件的泊松比；

r—應(yīng)交儀讀數(shù)，即指示應(yīng)變；

—所要測量的機械應(yīng)變值。序號受力狀態(tài)簡圖應(yīng)變片數(shù)量電橋組合形式溫度補償情況電橋輸出電壓測量項目及應(yīng)變值特點電橋形式電橋接法32半橋式互為補償彎曲最大應(yīng)變

輸出電壓提高一倍，且可消除拉伸的影響44全橋式彎曲最大應(yīng)變

輸出電壓提高到2(1+

)倍，且可消除拉伸的影響abcR1R2abcdR1R4R3R2（續(xù)）MMR1R1R2(R2)R1R3R2(R4)R2R4R1(R3)MM力的測量(8/23)

扭轉(zhuǎn)應(yīng)變測量MMR1R245°45°(a)45°45°

1

3(b)abR1R2RRcd(c)力的測量(9/23)變形形式需測應(yīng)變應(yīng)變片粘貼位置電橋連接方法測量應(yīng)變

與儀器讀數(shù)應(yīng)變

r間的關(guān)系備注拉︵壓︶扭組合扭轉(zhuǎn)主應(yīng)變R1和R2均為工作片拉︵壓︶R1、R2、R3、R4均為工作片

其他復(fù)雜受力狀況下應(yīng)變測量TTFFR1R2TTFFR1R2R3R4abcR1R2abcR2R1R3R4abcR1R3R4R2d力的測量(10/23)變形形式需測應(yīng)變應(yīng)變片粘貼位置電橋連接方法測量應(yīng)變

與儀器讀數(shù)應(yīng)變

r間的關(guān)系備注扭彎組合扭轉(zhuǎn)主應(yīng)變R1、R2、R3、R4均為工作片彎曲R1、R2均為工作片abcR1R2abcR1R2R3R4d（續(xù)）TTMMR1R2R3R4TTMMR2R1力的測量(11/23)（1）靈敏度系數(shù)實驗表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變ε在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即

K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。測量結(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)也是一個不可忽視的因素。3.2.4電阻應(yīng)變片的主要特性參數(shù)敏感柵的柵長一般為0.2～100毫米；電阻為60～1000歐（最常用的為120歐和350歐）；測量范圍為幾微應(yīng)變至數(shù)萬微應(yīng)變（）。絲繞式應(yīng)變片敏感柵半圓弧形部分bOlεrrdldθθε0ε（2）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，構(gòu)件的軸向應(yīng)變ε使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變εr也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化(除了ε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)棣?，沿橫向應(yīng)變?yōu)棣舝

。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ε和εr作用的結(jié)果。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。由上式可見，r愈小，l(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。（3）機械滯后

應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后。產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機械應(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，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。ΔεΔε1機械應(yīng)變ε卸載加載指示應(yīng)變εi應(yīng)變片的機械滯后機械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實驗之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。

（4）零點漂移和蠕變

零點漂移：對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點漂移。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。

蠕變：如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機械應(yīng)變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。這是兩項衡量應(yīng)變片特性對時間穩(wěn)定性的指標，在長時間測量中其意義更為突出。實際上，蠕變中包含零漂，它是一個特例。（5）應(yīng)變極限在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真實應(yīng)變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時的最大真實應(yīng)變值。在圖中，真實應(yīng)變是由于工作溫度變化或承受機械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力(包括機械應(yīng)力和熱應(yīng)力)時所引起的表面應(yīng)變。εlim真實應(yīng)變εz指示應(yīng)變εi應(yīng)變片的應(yīng)變極限±10%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，應(yīng)選用抗剪強度較高的粘結(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。（1）溫度漂移用作測量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：3.2.5

溫度漂移及其補償應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為Δt（℃）時，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為αt

，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對變化為

由于敏感柵材料和被測構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當(dāng)Δt存在時，引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，其值為

βe—試件材料線膨脹系數(shù)；βg—敏感柵材料線膨脹系數(shù)相應(yīng)的電阻相對變化為K——應(yīng)變片靈敏系數(shù)。溫度變化形成的總電阻相對變化：

相應(yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)樯鲜綖閼?yīng)變片粘貼在試件表面上，當(dāng)試件不受外力作用，在溫度變化Δt時，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。用應(yīng)變形式表現(xiàn)出來，稱之為熱輸出?？梢?，應(yīng)變片熱輸出的大小不僅與應(yīng)變計敏感柵材料的性能(αt和βg)有關(guān)，而且與被測試件材料的線膨脹系數(shù)(βe)有關(guān)。（2）溫度補償（自補償法和線路補償法）①

單絲自補償應(yīng)變片由前式知，若使應(yīng)變片在溫度變化Δt時的熱輸出值為零，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，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，即可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補償應(yīng)變片。

單絲自補償應(yīng)變片的優(yōu)點是結(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)材料的試件上使用，否則不能達到溫度自補償?shù)哪康摹＂陔p絲組合式自補償應(yīng)變片是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償?shù)?，如圖。這種應(yīng)變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反，即焊點RaRb補償效果可達±0.45με／℃。③

電路補償法如圖，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數(shù)。USCR2R4R1R3E橋路補償法由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時，Rl和R2對輸出電壓的作用方向相反。利用這個基本特性可實現(xiàn)對溫度的補償，并且補償效果較好，這是最常用的補償方法之一。測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，圖中R2，稱為補償應(yīng)變片。在工作過程中補償塊不承受應(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ΔR1t與ΔR2t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)變片感受應(yīng)變時，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電壓。補償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R2若此時有應(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ε有關(guān)，與溫度無關(guān)。為達到完全補償，需滿足下列三個條件：①R1和R2須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；②用于粘貼補償片的構(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；③兩應(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)進行補償。缺點是三個條件不易滿足，尤其是條件③。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。根據(jù)被測試件承受應(yīng)變的情況，可以不另加專門的補償塊，而是將補償片貼在被測試件上，這樣既能起到溫度補償作用，又能提高輸出的靈敏度，如圖所示的貼法。R1R2FFR1R2（b）（a）F圖(a)為一個梁受彎曲應(yīng)變時，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對值相等，符號相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時，應(yīng)變片R1和R2的阻值變化的符號相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達到了補償?shù)哪康摹?b)圖是受單向應(yīng)力的構(gòu)件，將工作應(yīng)變片R2的軸線順著應(yīng)變方向，補償應(yīng)變片R1的軸線和應(yīng)變方向垂直，R1和R2接入電橋相鄰臂，其輸出為構(gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力另外也可以采用熱敏電阻進行補償。如圖所示，熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。USCR2R4R1R3ERtR54.線路補償3.2.6應(yīng)變片的選擇與粘貼

仔細觀察電阻應(yīng)變片的樣品，區(qū)別紙基、膠基等應(yīng)變片及其結(jié)構(gòu)，特別注意應(yīng)變片在粘貼時的正反面區(qū)別。（一）應(yīng)變片的選擇與準備(1)根據(jù)試件大小、工作溫度和受力情況，選取合適的應(yīng)變片；(2)用5～10倍的放大鏡和萬用表等選擇沒有短路、斷路、汽泡等缺陷，并且要求表面平整、絲柵排列均勻的應(yīng)變片；(3)量出所選取應(yīng)變片的阻值，使阻值相近的應(yīng)變片放在一起，應(yīng)保證同組各應(yīng)變片的阻值差不超過0.5Ω（0.1Ω），這樣在測量時容易調(diào)整平衡（1）預(yù)清洗:根據(jù)試件的表面狀況進行預(yù)清洗，一般采用有機溶劑脫脂除漬；（2）除銹、粗化:采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。一般多采用砂布打磨法，除掉試件表面的銹漬使其露出新鮮的金屬表層，以便使膠液充分浸潤以提高粘貼強度，打磨面要大于應(yīng)變片的面積（圖2—1）；（二）試件的表面處理與劃線圖2-1試件的打磨與定位圖2-2粘貼應(yīng)變片后的試件（3）劃定位基準線根據(jù)應(yīng)變片尺寸，利用鋼板尺、高度尺、劃線針或硬質(zhì)鉛筆劃出確定應(yīng)變片粘貼位置的定位基準線。劃線時，不要劃到應(yīng)變片覆蓋范圍內(nèi)；（4）清洗一般采用純度較高的無水乙醇、丙酮等，用尖鑷子夾持脫脂棉球蘸少量的丙酮粗略地洗去打磨粉粒，然后用無污染的脫脂棉球蘸丙酮仔細地從里向外擦拭粘貼表面，擦一次轉(zhuǎn)換一個側(cè)面再擦，棉球四面都用過，更換新棉球用同樣的方法擦洗，直到?jīng)]有污物和油漬為止。應(yīng)變片背面也要輕輕擦拭干凈，干燥后待用。（三）粘貼在無灰塵的條件下，用清洗過的小螺絲刀蘸取少量KH—501（或502）膠液，在清洗好的試件粘貼表面和應(yīng)變片背面單方向涂上薄而均勻的一層膠液(單方向涂抹，以防產(chǎn)生汽泡)，放置少許時間，將應(yīng)變片涂膠一面與試件表面貼合，并注意應(yīng)變片的定位標應(yīng)與試件上的定位基準線對齊。在貼好的應(yīng)變片上覆蓋一層聚四氟乙烯薄膜用手指單方向輕輕按壓，將余膠和氣泡擠出壓平。手指按壓時不要相對試件錯動，按壓3～5分鐘后，放在室溫下固化待用。（四）接橋１.將干燥固化后的應(yīng)變片用數(shù)字萬用表檢查有無短路、斷路現(xiàn)象，并測出應(yīng)變片與試件之間的絕緣電阻；２.檢查無誤后，按圖2—3焊接成半橋或全橋；３．用萬用表檢查絕緣及通路；４．用惠斯頓電橋或數(shù)字萬用表測量兩臂（半橋：AB、BC）或兩對角（全橋：AC、BD），檢查其阻值是否大致相等，最好不超過0.5Ω，否則應(yīng)變儀不易調(diào)平衡。圖2—3（a）串聯(lián)半橋(b)半橋(C)全橋(五)密封、防潮密封、防潮措施是為了保護粘貼后的應(yīng)變片避免受到機械損壞，在使用過程中不受環(huán)境溫度變化的影響，保持良好的絕緣性能。3.2.7電阻式力敏傳感器應(yīng)用

第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測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（參見3.1x-2），傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；

第二類是將應(yīng)變片貼于被測試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試件的應(yīng)變量。

應(yīng)變/壓阻效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變、應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變/壓阻片的應(yīng)用可分為兩大類：(一)應(yīng)變式傳感器

應(yīng)變式力傳感器

FFFF各種彈性元件

各種懸臂梁

FF固定點固定點電纜應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2

R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF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。

汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)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個荷重傳感器，量程Fm=20t，靈敏度KF=2.5mV/V，使用4個獨立的橋路電源，每一個電源電壓均相等，Ui=12V，四個荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓Uo=24mV，請估算汽車的質(zhì)量。

汽車在