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1、Ch3 应变式传感器 应变应变片电阻变化 应变电桥 应变电 阻效应 1 应变片的原理与结构 1-1 导电材料的应变电阻效应（1） FF FF 泊松 比 金属 半导体 压阻效应 各向异性 1 应变片的原理与结构 1-1 导电材料的应变电阻效应（2） 金属 半导体 结构尺寸电阻率 1.84.8 5080Km 1 应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（1） 金属箔式 薄条型 金属丝式 薄膜型 应变片 金属应变片 半导体应变片 根据应变电阻效应做成的测量应变的器件 1 应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（2） 敏 感 栅 基底 盖片 引线 粘结剂 b 栅长 栅宽b 金属丝式 1
2、应变片的原理与结构 1-2 应变片的类型与结构（3） 金属箔式半导体应变片 半导体 金属箔 引线 2 应变片的主要特性 1. 灵敏度 2. 横向效应 3. 机械滞后 4. 应变极限 5. 零点飘移与蠕变 6. 温度特性 7. 动态特性 2 应变片的主要特性 2-1 动态特性(1) 实验: 中点应变 理论: 平均应变 相对误差 误差 限制 工 作 频 限 应变片 试件 o 2 应变片的主要特性 2-1 动态特性(2) 测量系统要求 2-2 温度效应及补偿 1. 温度效应 电阻温度效应 热胀冷缩效应 传感器 温度变化 2-2 温度效应及补偿 1. 温度效应 电阻温度效应 热胀冷缩效应 电阻温度系数
3、 2-2 温度效应及补偿 2. 温度补偿 （1）单丝自补偿 （2）双丝自补偿 （3）桥路补偿 优点：结构简单 缺点：只适用于特定参 数的试件 3 测量电路与测量系统 应变片不平衡电桥 输出电压 放大、显示 3-1 应变电桥的转换特性 1. 定义 未工作：平衡 工作： 不平衡 U A B 3-1 应变电桥的转换特性 1. 定义 未工作：平衡 U A B （1）全对称应变电桥 （2）输出端对称电桥 （3）电源端对称电桥 3-1 应变电桥的转换特性 1. 定义 未工作：平衡 U A B 全对称应变电桥 工作： 不平衡 3-1 应变电桥的转换特性 2.全对称应变电桥 结论:（1） （2）和差法则 对臂
4、和 邻臂差 3-1 应变电桥的转换特性 2.全对称应变电桥 和差法则 对臂和 邻臂差 差动对 等截面 弹性梁 单臂 应变电桥 双臂 应变电桥 全臂 应变电桥 温度 补偿电桥 应变片1个 平衡电阻3个 应变片2个 平衡电阻2个 应变片4个 3-1 应变电桥的转换特性 3. 转换误差 U R R R 应变片R 理论 近似值 单臂工 作电桥 3-1 应变电桥的转换特性 4. 其它情形 （1）输出端对称电桥（2）电源端对称电桥 （3）交流电桥 平衡条件： 输出电压： N B D 3 测量电路与测量系统 应变仪 交流应变仪 应变 电桥 放大器 稳压 电源 记录器 直流应变仪 3-2 交流应变仪 1. 框
5、图 应变 电桥 放大器 相敏 检波器 滤波器记录器 稳压 电源 移相器 载波 振荡器 3-2 交流应变仪 2.移相器 + R R R R 保持信号幅度不变，对输 入信号进行相位移动。 3-2 交流应变仪 2.移相器 3-2 交流应变仪 3. 相敏检波器 + + R R R C 3DJ D 参考信号 输入信号 A A 门控信号 检波信号 输出整流信号，形 状与相位有关。 低电平 高电平 3-2 交流应变仪 3. 相敏检波器(2) 正极性 负极性 低电平， 高电平， 3-2 交流应变仪 4. 低通滤波器 + A 通低频，隔高频。 3-2 交流应变仪 5. 工作波形(1) V应变 V放大 V移相 V
6、相敏 V滤波 3-2 交流应变仪 5. 工作波形(2) V应变 V放大 V移相 V相敏 V滤波 4 应变式传感器的应用 1. 柱式力传感器 弹性敏感元件 轴向应变片 圆周方向应变片 差动对 4 应变式传感器的应用 2. 梁式力传感器 差动对 等截面弹性梁 4 应变式传感器的应用 3. 应变式加速度仪 应变片 基座 试件 弹性梁 4 应变式传感器的应用 4. 固态压阻器件(1) Si膜片 4 应变式传感器的应用 4. 固态压阻器件(2) 0.635 Si膜片 4 应变式传感器的应用 5. 集成化压力传感器 电压放大器 温度补偿电路 固态压阻器件 输出电路 应变片 基座 弹性梁 (a) 被测体 压电片 质量块 基座 预紧螺母 被测体 (b) N NS S 霍尔片 (c) 位移测量
