第二章电阻式传感器

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1、第2章 电阻式传感器第二章第二章 电阻式传感器电阻式传感器 第一节第一节 电位器式电阻传感器电位器式电阻传感器 第二节第二节 应变式电阻传感器应变式电阻传感器第三节第三节 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路第四节第四节 电阻传感器应用电阻传感器应用酌反字榜布麻缸剿孺诌氓掂卸截秃待债悯庭冶姆侗靳脐弗庶忧续寡块呵措第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器第一节第一节 电位器式电阻传感器电位器式电阻传感器一、一、 电位器式电阻传感器常用形式电位器式电阻传感器常用形式1 1、 滑线式位移传感器滑线式位移传感器诽学成讨谊蹈欲襟收库拳骋秸实湿元绰最次岁姜传赫被费粹鼻伐拷鸵舷蚤第二章电

2、阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器2、 角位移传感器角位移传感器3、 分段电阻角位移传感器分段电阻角位移传感器谣从资尾屹狙秉宏哪杯暗炽而渺伟嘴防沟列笺枉焉侧捌柄扒灵无智茎做零第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器4、 分段电阻直线位移传感器分段电阻直线位移传感器妊解庭舰怖咯哭氏冤戊敦狼曝海倒碗矛杏娇她叁将酷壕悟掉粉拧戴淡峡禹第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器二、二、 线绕式电位器结构和工作原理线绕式电位器结构和工作原理若线绕式电位器的线绕截面积均匀，则其电阻值变化均匀（线若线绕式电位器的线绕截面积均匀，则其电阻值变化均匀（线形）。若电位器为

3、空载时，根据分压原理得：形）。若电位器为空载时，根据分压原理得：工作电压：工作电压：负载电阻两端的输出电压：负载电阻两端的输出电压：线绕电位器电刷移动的长度：线绕电位器电刷移动的长度：总长度：总长度：总电阻：总电阻：对应于电刷移动量：对应于电刷移动量x的电阻值的电阻值荣裙勋敦狸赴杭棒践汉叼球祈寥赣泛匆年场幂淘们滥晤臃旭操髓版刷隋框第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器而对应的电阻变化为：而对应的电阻变化为：表明改变测量电阻值所引起输出电压的变化为线性变化。表明改变测量电阻值所引起输出电压的变化为线性变化。其中其中分别为电阻和电压灵敏度。分别为电阻和电压灵敏度。他们分别标明了电

4、刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的他们分别标明了电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的变化量。均为常数变化量。均为常数若电位器的负载电阻若电位器的负载电阻 ，则输出电压为：，则输出电压为：区插戏芯论曝静脸糙披炭秆溢狭纪贮顿形剑鞭裂朗暴宽幌吱干逗逃窑绿坐第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器表明当负载电阻不为零时，表明当负载电阻不为零时，Y与与r为非线性关系，则线绕电位为非线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为非线性。当负载电阻为空载时，器式传感器的负载特性为非线性。当负载电阻为空载时，U0与与x才满足线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为线才满足线性关系，则

5、线绕电位器式传感器的负载特性为线性。性。守灵窥遥乞拇蚤描钧鳖捏五劣坞丁更纳鲜授晾渗睦赠均鲍氏腊码锈硷阀抑第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器第二节第二节 应变式电阻传感器应变式电阻传感器一、工一、工作原理作原理1、应变效应、应变效应 导体或半导体材料在外（拉力或压力）力的作用时，产生机导体或半导体材料在外（拉力或压力）力的作用时，产生机械变形，导致其电阻值相应发生变化，械变形，导致其电阻值相应发生变化， 这种因形变而使其阻值这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为发生变化的现象称为“应变效应应变效应”。2、金属电阻丝应变原理、金属电阻丝应变原理试宋抓崇陪纷臼行凤亭戒坡铸塞毁墩

6、铲事候铡镑肘拄琅翼闪硷国拙拧镰馒第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为式中：式中： 电阻丝的电阻率；电阻丝的电阻率；l电阻丝的长度；电阻丝的长度； A电阻丝的截面积。电阻丝的截面积。如果对电阻丝长度作用均匀应力，则如果对电阻丝长度作用均匀应力，则、L、A的变化的变化d、dL、 dA将引起电阻将引起电阻dR的变化，可以通过对上式做全微分求得：的变化，可以通过对上式做全微分求得：栖纳翁箍渔扒悟卡贫澄猪苟啼盔靳启陇盗峻惹强伦蓄斧账脸秉昼考苔尘柞第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器其相对变化量为：若电阻丝是圆形的，则若电阻

7、丝是圆形的，则，r为电阻丝的半径，对为电阻丝的半径，对r微分微分得：得：dA=2rdr，则则令 为金属电阻丝的轴向应变懂珍踏套揉攒睫吏暮罪媚研财炸辉焦叫肋游况万锹怖挎绎彭姜蚂皇士耻户第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器为径向应变由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。或据硷硅埃咬弟衔铃按甘把斩糙旧学歇蒲叭闭毛醒展诸绊傍俭榴诧台宪恐缝第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。通常把单位应变能引起

8、的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为 灵敏系数K受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2；另一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即（d/）/x。对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2的值要比(d/)/x大得多，而半导体材料的(d/)/x项的值比1+2大得多。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内， 电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。攻不垄耸酞任凄憾仍刘矽抒涟铁务谈疆蚌武烬贵独棺海性憋导步柯呀煎蜀第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感

9、器得到：或表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变成正比。3、半导体应变原理、半导体应变原理半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。沿一块半导体的某一轴向施加压力使其变导体材料的压阻效应。沿一块半导体的某一轴向施加压力使其变形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的压阻压阻效应。效应。利用压利用压阻效应制成的传感器称为压阻传感器或半导体应阻效应制成的传感器称为压阻传感器或半导体应变片。变片。灸渡事敏甘鼠侠抿葬档阳搐炽牌鹰诵附竹里舅伯赦杀膜欲磊撬蔽含禁穴

10、庄第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器当半导体应变片受轴向力作用时，当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为其电阻相对变化为式中d/为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为 委饰扣娄解碘呵厉废镊扫早煌羌闷叁堤胀盲矢睦霍祭蛤躺侠屁尼棍个悲气第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器式中： 半导体材料的压阻系数; 半导体材料的所受应变力; E半导体材料的弹性模量; 半导体材料的应变。实验证明，E比1+2大上百倍，所以1+2可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为 帛齐馒喇压澜悉六轰千燃困崭褐宴嘎瘟携先筷败媒实映霉煽

11、菩缄臀业损缉第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高5080倍， 但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重， 使它的应用范围受到一定的限制。 用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为R时，便可得到被测对象的应变值， 根据应力与应变的关系，得到应力值为 =E 式中： 试件的应力; E试件材料的弹性模量; 试件的应变。由此可知，应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值的变由此可知，应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值

12、的变化，所以应力正比于电阻值的变化。这就是利用应变片测量化，所以应力正比于电阻值的变化。这就是利用应变片测量的基本原理。的基本原理。拨攀富讹检昌犀厘睛持大虾饱兰票嘲计官耸撞稠拌晾鬃超役午装汗腊殷寒第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器二、应变片的结构、材料和粘贴二、应变片的结构、材料和粘贴1 1、应变片的结构、应变片的结构2341bl栅长栅长栅宽栅宽1 -敏感栅， 2-基底， 3-盖片， 4-引线挑势异摈掺录遥厌岔甘纪乐括饺绊降篷舱俗图厨乞衡桓铃触祟逊漏诅萝庸第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器（1 1） 敏敏感感栅栅：由由金金属属细细丝丝绕绕成成栅栅形形

13、。电电阻阻应应变变片片的的电电阻阻值值为为60、120、200等等多多种种规规格格，以以120最最为为常常用用。应应变变片片栅栅长长大大小小关关系系到到所所测测应应变变的的准准确确度度，应应变变片片测测得得的的应应变变大大小小是是应应变变片片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。对敏感栅的材料的要求：应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；电阻温度系数要小；抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；易于焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须

14、根据实际使用情况，合理选择。聘廷趾拔出九栽讳熄谆碳佩鳖池腮兴奔迹只话疼骤率槛瞎芭寿殴挞桩啡赢第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器（2）基底和盖片：基底和盖片：基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。（3）引引线线：是是从从应应变变片片的的敏敏感感栅栅中中引引出出的的细细金金属属线线。对对引引线线材材料料的的性性能能要要求求：电电阻阻率

15、率低低、电电阻阻温温度度系系数数小小、抗抗氧氧化化性性能能好好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂：粘结剂： 用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂

16、用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。橱桔够蜗享譬缄贺陌辛陨鲜违践划纸皖视斥搜难丘彼狰团桑扔皋傣页猪忿第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器2、金属电阻应变片的材料、金属电阻应变片的材料 对电阻丝材料应有如下要求：对电阻丝材料应有如下要求：灵敏系数大，灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；且在相当大的应变范围内保持常数；值值大大，即即在在同同

17、样样长长度度、同同样样横横截截面面积积的的电电阻阻丝丝中中具具有有较较大的电阻值；大的电阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；与铜线的焊接性能好，与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；与其它金属的接触电势小；机械强度高，机械强度高，具有优良的机械加工性能。具有优良的机械加工性能。压较村渺眉哑漾澜磁个鸣舜娶啦淹裴贱拌词孝语啪祟寻弥匙然遏骗萤季住第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器童臭蛰愤撇稗磕年饭斯奎菠汐伏棋套矣朴往格可吧合貌泉豫蠕乳长筹碌达第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 康铜

18、是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在5010-6/的范围内；康铜的加工性能好，易于焊接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。 檬像旋备憋愈州渭取舅羞汁噪零雅蜡奖疹塑寇策半燕惺红甘疫绊眠闸爬枯第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器3、金属电阻应变片的粘贴、金属电阻应变片的粘贴 应应变变片片是是用用粘粘结结剂剂粘粘贴贴到到被被测测件件上上的的。粘粘结结剂剂形形成成的的胶胶层层必必须须准准确确迅迅速速

19、地地将将被被测测件件应应变变传传递递到到敏敏感感栅栅上上。选选择择粘粘结结剂剂时时必必须须考考虑虑应应变变片片材材料料和和被被测测件件材材料料性性能能，不不仅仅要要求求粘粘接接力力强强，粘粘结结后后机机械械性性能能可可靠靠，而而且且粘粘合合层层要要有有足足够够大大的的剪剪切切弹弹性性模模量量，良良好好的的电电绝绝缘缘性性，滞滞后后小小，耐耐湿湿，耐耐油油，耐耐老老化化，动动态态应应力力测测量量时时耐耐疲疲劳劳等等。还还要要考考虑虑到到应应变变片片的的工工作作条条件件，如如温温度度、相相对对湿湿度度、稳定性要求以及贴片固化时加热加压的可能性等。稳定性要求以及贴片固化时加热加压的可能性等。 铃入所

20、驱射堪砂环住隶氟贿董饯寺冲好精保涂付携获犊俱庇勇峦聋烧日缓第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 常常用用的的粘粘结结剂剂类类型型有有硝硝化化纤纤维维素素型型、氰氰基基丙丙稀稀酸酸型型、聚聚酯酯树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。等。粘粘贴贴工工艺艺包包括括被被测测件件粘粘贴贴表表面面处处理理、贴贴片片位位置置确确定定、涂涂底底胶胶、贴贴片片、干干燥燥固固化化、贴贴片片质质量量检检查查、引引线线的的焊焊接接与与固固定定以以及及防防护护与与屏屏蔽蔽等等。粘粘结结剂剂的的性性能能及及应应变变片片的的粘粘贴贴质质量量直直接接影影响响应应变变片片的的工工作

21、作特特性性，如如零零漂漂、滞滞后后、灵灵敏敏系系数数、线线性性以以及及它它们们受受温温度度变变化化影影响响的的程程度度。可可见见，选选择择粘粘结结剂剂和和正正确确的的粘粘结结工工艺艺与与应变片的测量精度有着极重要的关系。应变片的测量精度有着极重要的关系。 冗踊胁符含漾淡考症数贾仰芋施坎梯栽炮拄谋魔魂难骄屏琴泳咋妖盔莫铅第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器4 4、金属箔式应变片、金属箔式应变片 箔式应变片的工作原理基本和电阻丝式应变片相同。它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称箔式电阻应变片，如图。金属箔的厚度般为(0.0030.010)

22、mm，它的基片和盖片多为胶质膜，基片厚度一般为(0.030.05)mm。 金属箔式应变片莱必情建孟酶互滥怕磨谦乌任宵秘是玫揪苗屉把磁砚侮洽堪怯陆寥撰琢泅第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器金属箔式应变片和丝式应变片相比较，有如下金属箔式应变片和丝式应变片相比较，有如下特点特点。金金属属箔箔栅栅很很薄薄，因因而而它它所所感感受受的的应应力力状状态态与与试试件件表表面面的的应应力力状状态态更更为为接接近近。其其次次，当当箔箔材材和和丝丝材材具具有有同同样样的的截截面面积积时时，箔箔材材与与粘粘接接层层的的接接触触面面积积比比丝丝材材大大，使使它它能能更更好好地地和和试试件件共共

23、同同工工作作。第第三三，箔箔栅栅的的端端部部较较宽宽，横横向向效效应应较较小小，因因而而提提高高了了应应变变测测量量的的精度。精度。箔箔材材表表面面积积大大，散散热热条条件件好好，故故允允许许通通过过较较大大电电流流，因因而而可以输出较大信号，提高了测量灵敏度。可以输出较大信号，提高了测量灵敏度。箔箔栅栅的的尺尺寸寸准准确确、均均匀匀，且且能能制制成成任任意意形形状状，特特别别是是为为制制造造应应变变花花和和小小标标距距应应变变片片提提供供了了条条件件，从从而而扩扩大大了了应应变变片片的的使使用用范围。范围。便于成批生产。便于成批生产。缺缺点点：电电阻阻值值分分散散性性大大，有有的的相相差差几

24、几十十，故故需需要要作作阻阻值值调调整整；生生产产工工序序较较为为复复杂杂，因因引引出出线线的的焊焊点点采采用用锡锡焊焊，因因此此不不适适于高温环境下测量；此外价格较贵。于高温环境下测量；此外价格较贵。学围栓与慑暴懊析烃课废宣围缨钨宪猿崎浙葱蒂篷媚沪骚俐转汤龟稼讽挨第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器第三节第三节 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路R2R4R1R3EILACDU0BRL目的：目的：将微小应变引起的微将微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来，小电阻值的变化测量出来，同时，要把电阻相对变化同时，要把电阻相对变化 转换为电压或电流的变化。转换为电压或电流的变

25、化。E E：为电源电压：为电源电压R R1 1、R R2 2、R R3 3及及R R4 4：桥臂电阻：桥臂电阻R RL L：为负载电阻为负载电阻一、测量电路一、测量电路掌俄玄帧芋举贮旅巷棱缝薯枚寞肯季窍冤肝罐称椽潍净践崖靠循土阶庙绕第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器当RL时，电桥输出电压为 当电桥平衡时，当电桥平衡时，Uo=0，则有，则有R1R4=R2R3或 为电桥平衡条件。这说明欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。1、电桥平衡、电桥平衡皮巴才督情入淘材曳阉竖怨孰津哆痘香配初锅弦羡踏脸机谭织挖磋泄被调第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第

26、2章 电阻式传感器2 2、动态时电阻变化与输出关系、动态时电阻变化与输出关系忽略分母中 项、分子中忽略 的二次交叉项 ：染剥傲稽蚌十方袍井浅柱架左抢滁友狂捌鄙氟淑甫秘令覆吁塌诌懊癌旺鹰第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器3 3、电压灵敏度、电压灵敏度实际使用中是第一桥臂R1为应变片，当受应变时，若应变片电阻变化为R，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo0，则电桥不平衡，输出电压为：爱尉划区周糯谈灯藐歹除猩勇苦廓镐冶甭熏浓塞咋黎砧冠塞瑶证娇流亡鸟第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器设设桥桥臂臂比比n=R2/R1，由由于于R1R1，分分母母中中R1/R1可可忽

27、忽略略，并考并考虑到平衡条件虑到平衡条件R2/R1=R4/R3，则上式可写为则上式可写为电桥电压灵敏度定义为 实际使用中多取 输出为：使用单一应变片时 另皆戈泼工滑辩碍儡另梅芋浮靶僳姐漏哨榔扑狈碗甜自冀墨骡境酝匠围授第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器从上式分析发现： 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。4 4、非线性误差及其补偿方法、非线性误差及其补偿方法 上面的分析过程中略去分母中的

28、R1/R1项，电桥输出电压与电阻相对变化成正比的理想情况下得到的，实际情况则应按下式计算， 即 套墅辞挞楚胃莫堵笆菲吹硅躺塌猜她偏超罚迈窍碧斋隧积肪液南锦贯嚏皱第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 与R1/R1的关系是非线性的，非线性误差为 若，即n=1茧伺宝二谆汹逢掩腕失赌唇茸匣祥凤沤诞两细胁阶卖颊曹震丑气四问惑傅第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器例题：一应变片，所受应变为5000，若取Ks=2，计算非线性误差.R1/R1=Ks 解：若Ks=130, = 1000,对灵敏度较高的应变传感器，受到较小的应变，非线性误差也会很大。当非线性误差不能满足测量

29、要求时，必须予以消除。 贷搀赦渡城狐庇彦憾腐欣瓦痛娄爬柱转滦猩阅卵吾勺赢钮顶圣筷钙瞪公早第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器常用的是采用差动电桥补偿在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，压应变， 接入电桥相邻桥臂，称为接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路半桥差动电路. .两佐部责硷私铅卑季奈恩基提蝗晃德叁箍蛆驳悼皖京钒军傣侨且宝古蔽祁第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器若R1=R2，R1=R2=R3=R4，则得 由上式可知，Uo与R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度

30、SV=E/2，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。 该电桥输出电压为该电桥输出电压为死素袖颇菇斤端勤矛部慷纬冷挥锑哆削耽蕾据厘式崇阶泌憎蓝撂窍珐沥收第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，则 此时全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍，同时仍具有温度补偿作用。 若将电桥四臂接入四片应变若将电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构相同的接入相对桥臂上，构成成全桥差动电路全桥差动电路。脆哺颊隔稳赃扑

31、催句勃细乖绵刘篮该搏菲霜瑚俊丁奸蝇垦蹄种向裂诬淳孪第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器二、电阻应变片的温度误差及其补偿二、电阻应变片的温度误差及其补偿1、温度误差温度误差 用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：应变片的电阻丝应变片的电阻丝(敏感栅敏感栅)具有一定温度系数；具有一定温度系数；电阻丝材料与测试材

32、料的线膨胀系数不同。电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。刚人汇坠庐涕撤逛暇孽判肯冀职桔熄呸需妒燕攀猴尧纬互翼现这丢迭晚诊第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 设环境引起的构件温度变化为t（）时，粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为t ，则应变片产生的电阻相对变化为 由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当t 存在时，引起应变片的附加应变，其值为 e试件材料线膨胀系数；g敏感栅材料线膨胀系数。 相应的电阻相对变化为K应变片灵敏系数。桔故镣帕吗精赫删盆踊锡稽太千简斟娜酶侠雾难晋葛临马笼辙猜焦涂油必第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器温

33、度变化形成的总电阻相对变化： 相应的虚假应变为上式为应变片粘贴在试件表面上，当试件不受外力作上式为应变片粘贴在试件表面上，当试件不受外力作用，在温度变化用，在温度变化t 时，应变片的温度效应时，应变片的温度效应,用应变形式用应变形式表现出来，称之为热输出。表现出来，称之为热输出。可见，应变片热输出的大小不仅与应变计敏感栅材料的性能(t,g)有关，而且与被测试件材料的线膨胀系数(e)有关。 咱蕊才懦爪胃衫悟漱窍历橡江匝鞘栅苗必官农桓最禹烃尿属佑尔谚鸣隆窃第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器2、温度补偿（自补偿法和线路补偿法）温度补偿（自补偿法和线路补偿法）单丝自补偿应变片单丝

34、自补偿应变片 单单丝丝自自补补偿偿应应变变片片的的优优点点是是结结构构简简单单，制制造造和和使使用用都都比比较较方方便便，但但它它必必须须在在具具有有一一定定线线膨膨胀胀系系数数材材料料的的试试件件上上使使用用，否否则不能达到温度自补偿的目的。则不能达到温度自补偿的目的。每一种材料的被测试件，其线膨胀系数 都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数 和线膨胀系数 满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。由前式知，若使应变片在温度变化t时的热输出值为零，必须使即村误话骚滦副主钟厉板膝耳迁

35、瓮簇然墒委诧塘关撩浸遵销耪最围祈坏蜡烛第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器双丝组合式自补偿应变片双丝组合式自补偿应变片是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的，如图。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两两段段敏敏感感栅栅，随随温温度度变变化化而而产产生生的的电电阻阻增增量量大大小小相相等等，符符号号相反，相反，即(Ra) t= (Rb) t焊点RaRb峪乓俄弥膏么褥韶绸睡播婚酸欠盼诈烧缕峦妄曼娇吭妈枫涤码叙社盐阜卞第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器电路补偿法

36、电路补偿法 如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为 式中A由桥臂电阻和电源电压决定的常数。桥路补偿法U0R2R4R1R3E 由上式可知，当R3、R4为常数时，Rl和R2对输出电压的作用方向相反。利用这个基本特性可实现对温度的补偿，并且补偿效果较好，这是最常用的补偿方法之一。 推痞蕉蒂瘁栓帖凯诡诧狡瑞哇毋晒味折驱啄聋怯狸存滇句蛊烦靠襄间氯醉第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 测量应变时，使使用用两两个个应应变变片片，一一片片贴贴在在被被测测试试件件的的表表面面，图中R1称为工作应变片。另另一一片片贴贴在在与与被被测测试试件件材材料料相相同同的的补补偿偿块块上上，图中R2，称为

37、补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。由于R1与R2接入电桥相邻臂上，R1t与R2t相同，根据电桥理论可知，其输出电压U0与温度无关。当工作应变片感受应变时，电桥将产生相应输出电压。U0R2R4R1R3E运胆救叼咯红纂汀搂仅懊辩构犯充茂普肄颧践破蔼兆晋准蛊厂言琅血铬梧第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 当被测试件不承受应变时，R1和R2处于同一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即上式中可以选择R1=R2=R及R3=R4=R。 当温度升高或降低时，若R1t=R2t，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即=醛谷吱狼颓节绝修苑

38、宏茅澄探沟付锑衫灭谨遵语枢投肺遣俘升费拌踢也芬第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，R2不承受应变。故由前式可得输出电压为由上式可知，电桥输出电压只与应变x有关，与温度无关。为达到完全补偿，需满足下列三个条件：为达到完全补偿，需满足下列三个条件：R1和和R2须须属属于于同同一一批批号号的的，即即它它们们的的电电阻阻温温度度系系数数、线线膨膨胀胀系系数数、应应变变灵灵敏敏系系数数K都都相相同同，两两片片的的初初始电阻值也要求相同；始电阻值也要求相同；用用于于粘粘贴贴补补偿偿片片的的构构件件和和粘粘贴贴工工作作片片的的试试件件二二者者

39、材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等；材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等；两应变片处于同一温度环境中。两应变片处于同一温度环境中。 肃郑龙件郝虞燎挝存嗓卞边迭炎妇层涩爪喊臂也突丛迟椎奴女铭删犹存嚣第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。 图(a)为一个梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2的阻值变化

40、的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。 (b)图是受单向应力的构件，将工作应变片R2的轴线顺着应变方向，补偿应变片R1的轴线和应变方向垂直，R1和R2接入电桥相邻臂，其输出为R1R2FFR1R2（b）（a）F构件受弯构件受弯曲应力曲应力构件受单构件受单向应力向应力及敖零跟刷否拌瀑佣驱矽缎桑龙蛔默离佐抨都百烙舟镇位囚鹅堵靶势缓尸第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 另外也可以采用热敏电阻进行补偿采用热敏电阻进行补偿。如图所示，热敏电阻Rt与应变片处在相同的温度下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻Rt的阻值下降，使电桥的输入电压温度升高而增加，从而

41、提高电桥输出电压。选择分流电阻R5的值，可以使应变片灵敏度下降对电桥输出的影响得到很好的补偿。USCR2R4R1R3ERtR5摩碌羡勃布职跑牛痴贰鬃仲熔栅撮版占蚌跺超竿疡选涯州间草吊仇劝刷缀第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器柱式传感器几种梁式传感器外形 膜片式压力传感器一种敏感元件结构膜片式压力传感器一种敏感元件结构欢阜熔衣搂涎溪乌险参录始冬锌戴链迷琴县卫消骸亿逮楚凯招旋器诚杏褂第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器1.应变式力传感器应变式力传感器 被测物理量为荷重或力的应变式传感器时，统称为应变式力传感器。其主要用途是作为各种电子称与材料试验机的测力元

42、件、 发动机的推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。 应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性，当传感器在受到侧向作用力或力的作用点少量变化时，不应对输出有明显的影响。 第四节第四节 电阻传感器应用电阻传感器应用勺狈谋谐襄讼边琳邦宫沤糊藤彬暮鸥弯净求脉凡酱锌睁靡摸华拙激镊碟搜第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 2.柱（筒）式力传感器柱（筒）式力传感器 图（a）、（b）分别为柱式、筒式力传感器，应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片， 电桥连线时考虑尽量减小载荷偏心和弯矩影响，贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接如图（c）、（d）所示， R1和R3

43、串接，R2和R4串接，并置于桥路对臂上，以减小弯矩影响， 横向贴片R5和R7串接，R6和R8串接，作温度补偿用，接于另两个桥臂上。 甘慰化撰纠章枝菲虱傀弦周蹋仔驹味念琢欺壤琶甥盾扛耀骸轻袜铆枪妒戊第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器圆柱（筒）式力传感器（a） 柱式；（b） 筒式；（c） 圆柱面展开图；（d） 桥路连线图 其循岔眩膜寥印猫叔烁鸿深晨邮绷丢蕊郎细伐桓糜咕贤裳仁涡澎玻辨掌装第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器3.应变式容器内液体重量传感器应变式容器内液体重量传感器 伊啸去磺跑郑韩顷徘涎弯将假鹃甘呆嚎术逆淤复原判披凉秆韧怜扳汀艘珐第二章电阻式传感

44、器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器由于由于hg表征着感压膜上面液体的重量，对于等截面的柱式容器，表征着感压膜上面液体的重量，对于等截面的柱式容器，有有式中式中:Q：容器内感压膜上面溶液的重量；：容器内感压膜上面溶液的重量；A：柱形容器的截面积。：柱形容器的截面积。该传感器有一根传压杆，上端安装微压传感器，为了提高灵敏度，该传感器有一根传压杆，上端安装微压传感器，为了提高灵敏度，共安装了两只。下端安装感压膜，感压膜感受上面液体的压力。共安装了两只。下端安装感压膜，感压膜感受上面液体的压力。当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将

45、其上两个传感器感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为Uo=U1-U2=(K1-K2)hg 式中式中,K1，K2为传感器传输系数。为传感器传输系数。将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量与电桥输将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量与电桥输出电压之间的关系式为出电压之间的关系式为上上式式表表明明，电电桥桥输输出出电电压压与与柱柱式式容容器器内内感感压压膜膜上上面面溶溶液液的的重重量量成线性关系，因此用此种方成线性关系，因此用此种方法可以测量容器内储存的溶液重量。法可以测量容器内储存的溶液重量。末矽玲浑挪灰写庆才靳官宏右屿绑葬绊

46、仁拓喷灼秩扶诫带战犯姻玄馋贤线第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器4.应变式加速度传感器应变式加速度传感器 应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比， 与物体的质量成反比，即a=F/m。 图中1是等强度梁，自由端安装质量块2，另一端固定在壳体3上。等强度梁上粘贴四个电阻应变敏感元件4 。为了调节振动系统阻尼系数， 在壳体内充满硅油。 悔摹钱参易诸神驱藩帅遮描帚孺炮中删抵坷庚宜鳞护畸卡歪箱踢磋斌目崭第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器第2章 电阻式传感器 测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。 应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为1060 Hz范围。 人房蹋邱逾肝夫瞒吝教踊眺俏萝焕乱牟帮漾好抿烯亩梅滑榴滋究突投汽侵第二章电阻式传感器第二章电阻式传感器