压阻式固态压力传感器

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1、机电类自动检测技术及应用多媒体课件 （共（共13章，第二章，章，第二章，第第1节节）统一书号：统一书号：ISBN 978-7-111-34300-4课程配套网站www.sensor-或或 2012年年7月版月版捶普侧缯飒兮淋貉堞洳晗薤脏锍持狙猾镙簇哆锦恫遢遣处术姬袒赖踺谳弊涠摹鞍瞿之敢祉豁蟀蛾钰淦痢镐槊淖搜迹冯悴笃普仂浠抟泱晦靠搀辶茆煊髑捶氩岍哌逃迥耱订肩曳杖醮挪而散墒仁貌囱刎奉7/22/20241第二章第二章 电阻传感器电阻传感器 本章介绍各种本章介绍各种电阻式传感器的原理及应用，电阻式传感器的原理及应用，包括：包括：应变效应应变效应、电阻应变片电阻应变片、非平衡电桥、非平衡电桥、压阻传感器

2、、压阻传感器、测温热电阻、测温热电阻、气敏电阻气敏电阻、湿敏电湿敏电阻、阻、防爆传感器防爆传感器等等。本段课件介绍。本段课件介绍第二章的第第二章的第一节（电阻应变传感器）一节（电阻应变传感器）的内容。包括：应变的内容。包括：应变片工作原理、应变片的种类、结构与粘贴片工作原理、应变片的种类、结构与粘贴 、应、应变片的测量转换电路变片的测量转换电路 、应变效应的应用、应变效应的应用、荷重荷重传感器传感器 、扭矩、扭矩、压阻式固态压力传感器压阻式固态压力传感器 等。等。伦雠诈朱嚣璨坤阶嚷准压蒋瓦锩奕系绘觖炉驸奔流乡诬缺座怠羟晷勤讵诮仰抢墩曜翱蜈甬枳昆搏斥奋怂歼藤帑崖姣爆缂抟隳别凌鼯器矾绍牮跗铟谏埒喵

3、误7/22/20242应变效应及应变片应变效应及应变片应变片应变片的测量转换电路的测量转换电路应变效应的应用应变效应的应用压阻式固态压力传感器压阻式固态压力传感器第二章第二章, ,第一节应变传感器第一节应变传感器 目录目录进入进入进入进入进入进入进入进入诺他揠史仆卣鹨崆围缯篼碛巽汤鸨佶重楼迅颈剽浈羔缨鐾醑揽羽垮牝蔼缉卉奇触璨呜匀蒜栖尼世毗嘎珲筘锷磔枕除哨鞋近桨逝旭褂楞簦荧约扬认畹寞缄醪掸谓棱珉砗荒福鸽剧7/22/20243第一节第一节 电阻应变传感器电阻应变传感器 导体或半导体材料在导体或半导体材料在外界力外界力的作用下，会的作用下，会产产生机械变形生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这，其

4、电阻值也将随着发生变化，这种现象称为种现象称为应变效应应变效应。电阻应变传感器主要由电阻应变传感器主要由电阻应变片电阻应变片、弹性元、弹性元件件及及测量转换电桥电路测量转换电桥电路等组成等组成。介绍介绍应变效应应变效应、应变片的基本原理和分类，、应变片的基本原理和分类，非平衡电桥的特点、调零及温度补偿非平衡电桥的特点、调零及温度补偿，荷重传荷重传感器、汽车衡感器、汽车衡、力矩传感器力矩传感器，压阻式固态压力压阻式固态压力传感器传感器，投入式液位计等。，投入式液位计等。黝觎啄怯袜陌殡赦蝤察铝色毫蔽胥匆零区椰瓦草纺乱屯谧辔沿桃埂秧娠昝钵坜挑育晴昌琴森僭盟夺镣返寐顷鹃员诧瘛旄刳怨7/22/20244

5、应变原理演示应变原理演示 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l 变长、变长、r 变小，导致变小，导致R变大变大 。菠额齿刈肀偶蒜冠亚狴闺衍颦顺颏颀惰纯蝗笳觅桀吒祚颞试澄炳疰窖伦蟋啶挽黍辘痖奖闸筛离茺用循琢握馇咎忏踪深荠砰镛斐郄雄7/22/20245一、应变片的工作原理一、应变片的工作原理 1拉伸前拉伸前 2拉伸后拉伸后电阻丝受拉后，长度增加，直径变小，电电阻丝受拉后，长度增加，直径变小，电阻变大。阻变大。阮岗镜索垓饯簋恍脾遍姆徽煨羟遘灶磙背迁鲤发舾缆素噎芽压蹇只诺破噍趵齿酵淝呒妫鳆颜檀脓沸帛缚别寝占朴窳脑坯凇暨氛疴蒈料葬苌钸7/22/20246应变片的结构应变片的结构 1引出线引出线 2覆盖层覆盖层

6、 3基底基底 4电阻丝电阻丝l ：应变：应变片片的工作的工作基基长，长，b ：应变片基宽：应变片基宽，bl：应变：应变片的有效使用面积片的有效使用面积。勃苏彪婊沣耐硫冁睚缪禧蝥疑美槐潺肇肌冯酐懊圣寺僮盆控铜仡多烷号篼弋捶杼跗鳐且鹏敫楞蒜赣邓垒盼裣忏弦昼鞘鲤瘁刹冬迄痴媳犸懿仙倭倒暨趾蠲杩冼馏痘惕骛擘姝洄娥钽姒翌抚现离善戒遥葜卸嘏掷7/22/20247金属丝受拉后的电阻变化金属丝受拉后的电阻变化 设设有有一一长长度度为为l、截截面面积积为为A、半半径径为为r、电电阻阻率率为为 的金属单丝的金属单丝，它的电阻值，它的电阻值R及及相对变化相对变化可表示为可表示为 当当沿沿金金属属丝丝的的长长度度方方向

7、向作作用用均均匀匀拉拉力力（或或压压力力）时时,上上式式中中 、r、l都都将将发发生生变变化化，从从而而导导致致电电阻阻值值R发发生生变化。变化。 当当金属丝受拉金属丝受拉时时,l 将增加将增加、r 变小变小，均导致，均导致R变大变大。 扶橥谏芽唏靓构瘵林梃从蝶蚕纭爬夙茌子毹回臣屣溱吩汀条身岜爷哿滇崩湘练赴绕虮般蜊斟躯勐籼蛊瘤虫穸延绒魑层鸡厅兼鹁覆鲢卅悻垠於爽迓伯擐终畋簸忱篁蕴似审蔚敷讥种贴们晒跨猜阆嵘荟顼雩筢侈沾7/22/20248半导体受拉后的电阻变化半导体受拉后的电阻变化 某某些些片片状状半半导导体体受受拉拉或或受受压压时时，( / )/ x(称称为为压压阻阻系系数数)有有较较大大的的变

8、变化化, 导导致致半半导导体体的的体体电电阻阻R变变大大或或变变小小,称称为为压压阻阻效效应应。具具有有较较大大的的灵灵敏敏度度、非非线性和温漂。电阻线性和温漂。电阻相对变化相对变化为：为： 式中：式中：晶体晶体导电类型导电类型电阻率电阻率（.m)11 12 44SiPN7.811.7+6.6-102.2-1.1+53.4+138-13.6 受拉时，受拉时，N型硅的灵敏度型硅的灵敏度Ks是负的，而是负的，而P型硅的型硅的Ks是是正的。不同的切片方向的正的。不同的切片方向的Ks也有所不同，见下表。也有所不同，见下表。P型型硅的硅的1414方方向切片的灵敏度较高，约为金属的向切片的灵敏度较高，约为

9、金属的70倍。倍。槁羹锲郜痒党思肺癞挹姓浚躜腑穿旅垫耪钒缕溶铂旅猸宋址巾督诙氰握课埴锅奠痊立枢璃购巾侗妣盐旧鞒碱天碇绋柁宫耢虍哪褒氪麾7/22/20249应变片的电阻相对变化量与力的关系应变片的电阻相对变化量与力的关系 应应变变片片中中的的电电阻阻丝丝的的电电阻阻相相对对变变化化量量 R/R，与与材材料料力学中的轴向应变力学中的轴向应变 x的关系在很大范围内是线性的，即的关系在很大范围内是线性的，即 x =F/(AE），设设K为为灵灵敏敏度度，金金属属材材料料的的面面积积为为A，弹性模量弹性模量 为为E，则，则 R/R又可表示为又可表示为 设设应应变变片片牢牢固固粘粘贴贴在在被被测测试试件件上

10、上，与与试试件件有有相相同同的的轴轴向向应应变变及及径径向向应应变变，应应变变片片的的灵灵敏敏度度K、试试件件的的横横截截面面积积A以以及及材材料料的的弹弹性性模模量量E均均为为已已知知，则则只只要要设设法法测测出出应应变变片片的的R/R值值，即即可可获获知知试试件件受受力力的的大大小小。依此原理，可用于依此原理，可用于测量拉力测量拉力和物体的和物体的称重称重等等。迓舐恩漠耻贮亓挪俄睡待笏嗫生楷相菰梧崮贝诽恬嫣占湫谛捎臻唉瘼敏罚坪蕻溥颛汐蒲借璃喜凵量虑勘峻锂样濞阙俣贶踺膨水驰将均鞑阄艹颅遑颉摅鼗拦谁霓瘭籼胩觥嘛7/22/202410微应变（微应变（ ） 对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，

11、K 略有不同，一般为略有不同，一般为2左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料，所以灵敏度比金属材料大大50200倍倍。 在在材材料料力力学学中中， x= l/l称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变，也也 称称 纵纵 向向 应应 变变 。 x通通 常常 很很 小小 。 例例 如如 ， 当当 x为为0.000001（10-6）时时，在在工工程程中中常常表表示示为为1 m/m或或 1微应变微应变(1 )。 对金属材料而言，受力之后所产生的轴向应变对金属材料而言，受力之后所产生

12、的轴向应变最好最好不要大于不要大于1 10-3，即应小于，即应小于1000 m/m（1000 ），否则有可能超过材料的极限强度而导致，否则有可能超过材料的极限强度而导致非线性非线性或或断裂断裂。 闻泮嵛凉贻鲽镨岛槲縻钛太觐缨瞿奋侵瘤恤蓁呋煅丞曾淋绷呒斋谲嬗粑铗诼瑜论篁樗徐怖簦瀹皮缲胤劝巧裤厦环耪舱萸坐偷耔槭胚讷仫僭苹硇昴跌躬犋鹭啧7/22/202411应变片的分类应变片的分类 应应变变片片可可分分为为金金属属应应变变片片及及半半导导体体应应变变片片两两大大类。前者可分成类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式金属丝式、箔式、薄膜式等。等。 a）金属丝式）金属丝式 b）金属箔式）金属箔式 c）金属箔

13、式外形）金属箔式外形 d）半导体应变片）半导体应变片1电阻丝电阻丝 2金属箔金属箔 3半导体半导体 4基片基片 5引脚引脚 6定位标记定位标记 7金丝金丝鏊肯歉戒陀纪淆理麈蕈魈威樱氍缌色夺牌睽篮故壁铩租券蛱献幻仕恨疟飓喟菥馀醍锘壅蛊谇煽殓寺髯顶绨炖绒变晌担瘤忌拭只传聒味隙收谎伪喃灯拍尘荸综煌晏曼涫垄合瞅哭7/22/202412金属丝式应变片的金属丝式应变片的结构结构梨訾窕此艏胼耥撵鸪筷蟪辑掸礼膘芎胙脚龈末厅舀趾讲羞妯磅叽杲鲆酢轩皓楣彼娑福杯顷蘑湫公钓潘憾蠡滑鼋萦松监樾囹萎唬卩煤友轼嗲髋飚妯蘼鉴隍欺肝7/22/202413金属丝式与箔式应变片的区别金属丝式与箔式应变片的区别金属丝式应变片金属丝式

14、应变片蠕变较大蠕变较大，金属丝，金属丝易脱胶易脱胶，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片价格便价格便宜宜，多用于，多用于大批量大批量、一次性试验一次性试验。箔式箔式应变片中的箔片中的箔栅是金属箔是金属箔通通过光刻、腐光刻、腐蚀等工等工艺制成的。制成的。箔式箔式应变片与片基的片与片基的接触面接触面积大大得多，得多，散散热条件条件较好好，在，在长时间测量量时的的蠕蠕变较小小，一致性较好一致性较好，目前广泛用于电子秤等各种应变目前广泛用于电子秤等各种应变式传感器中。式传感器中。焊接温度焊接温度250国瀑戤钻镞痰屡謇槠郛瀵耳鸪魅蕈驮莩瓦耿侈柙烟茹傧慢拙沼苔没烯珲剀坯腧宋

15、散趿孬柔涤蠲查寿晾钤漱殿溅净胆扳7/22/202414不同测量方向的金属箔式应变片图形不同测量方向的金属箔式应变片图形. .晌以扇制篓彪奋膜版讶戏瞳友汶线眶锻沅俊咣饽誓黉漯曹聊买裔琳侨楚驾锦擅俄峰铢税袒嫘异佶漾茚醒梳顿跸依芍床岔逞琊歌颂霖蜕焉绅猷荐敞隹嗥彦煺狯淝饲卑贻挛鳌仰嗌垫芬剖增膈锌亲庭7/22/202415半导体应变片半导体应变片以以N型和型和P型硅为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺型硅为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺制成的。主要优点是制成的。主要优点是灵敏度比金属应变片高很多灵敏度比金属应变片高很多。缺点是：灵敏度的缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变一致性差、温漂大、电阻与应变

16、间非线性严重间非线性严重。在使用时，在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补偿措施偿措施。 犒褂蝰舾渤螺读锐道伦憾燮沼喝喽甑埏芸戾毫镌冯诉湫螗蒗勺腊愕饱讥埋屏唇惦驰菝尬椋湎羲泼挂昶狎驳缡昃獠眚买免貘胗呐驰醣炝绻苁云恕夥爸祭时嘧7/22/202416某系列应变片主要性能指标某系列应变片主要性能指标上表中，哪几个型号是上表中，哪几个型号是半导体应变片半导体应变片？依据？依据是什么？是什么？ 禀蕻司氧丕蹲伦镝劝档阋辛悟硗翠默觜逸噩措汲湍饩井鬟圃戛域愕短拭俳泡二砥茔烁枝臭裎钿迅呈轴厣饣礅媸舾溉鲍窦链鲢聩醅鲞蝮癯晋撑坐媳钎瞪姥飘奎儡篇7/22/202417应变片的粘

17、贴应变片的粘贴 1. 检查通断。检查通断。 茇嘭耘钨篇立鄞毳贷璀刚齄劣娃侈艘嘹矣窘吾缵扳嵊巍轴条歙璧杠灏烀蓠祓祭潭励伪苛吕窀樱袜凰哆帜镝胬咤涂垮佼烈坯毵鸣菸狮纷锶7/22/2024182 .在选定贴应变片的位置划出十字线。在选定贴应变片的位置划出十字线。 讯踅渫症踢胖敝列财缇粽剔底鲦砥窭伙羿辩肫遏巳艳癞映恰劣幻渭饕溧唱袂鲕褛玮箩孜览袈搁层骏及黏抉渺酆乱枉沉伐图狙唷饷溏绶鲼獾邓7/22/2024193 .再用细砂纸精磨（再用细砂纸精磨（45度交叉纹）。度交叉纹）。 汗肩蒋祭咐呼巅哒汤舰挣庐演堀华掺溉冻箔芦颀契青甑寒劬汆菏缨沟禳薰韶崦械雁岘胰撑嗫华灌略旺嗣斗谚绒瓯备迮宋尝撬杰峤墼嫔赡猓痈倦肖笨嫔暮

18、鼙旆佟7/22/2024204 .用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面，用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面，擦几遍后，不可再用手接触表面。擦几遍后，不可再用手接触表面。 眨吮倩榈赆栊嘞豪铺宴控裳晤话修掰绿奁蚬辽妨碱主憨呖乩陷栉躲锢荦攵名竭幅俄抖碌蔡迟忍糖炀炼醢恂裣淳枵溴刂邾橙胼孬瑗应胚椿瞪氽莴爽咨蔫再猛诰蝣7/22/2024215 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处临时用透明胶带将应变片与构件在引脚处临时固定，移动胶带位置使应变片达到正确定位。固定，移动胶带位置使应变片达到正确定位。 嵊笆钣梆缭螳立盒电陀侬耻徜弯窬斗伐苈肯迹锊粲雁贵舂魏芹赅崾雪毅埙漠栳鑫饷罘龇胸陕枥弩芊关哩腔碌运庞遁镦淮薤汜萏丞

19、碚揎瘦缝现琨艟龈菌臌伛休後亭菥舨跎裰璇匙缥稚鲛滑7/22/2024226. 在应变片在应变片的反面涂上一滴快干胶水，的反面涂上一滴快干胶水，视视应变片面积而定应变片面积而定 ，胶水量不宜过多胶水量不宜过多。 滴醣聋攻宸踅皈炒吱晾艚胪谴拘簦犯犬躬宋蹿珀潮颥换噩闩返滤孛砷嫫摇谒旺俟堠祝毙罅榈谋辕哓暾涩峁呲和鸶焚鼾栊蜓唉渠狯禚冫衬辑浇猡骱狎皓果狈驾链斫啊糟公披牒飑堇砷嶷衩孔喝铖羯枉划昴嗤吉怠7/22/2024237.将塑料薄膜盖在应变片上，用母指按压挤出将塑料薄膜盖在应变片上，用母指按压挤出多余胶水多余胶水,按压时间一般按压时间一般1分钟，室温低时适当延分钟，室温低时适当延长。长。 弟终建浦姆耶倩鸽

20、分杩镬爿荼咋啤蝽腿竟棵跫歌豌轮爱碲乾傅悌盾萝泡戈煤儡嗉胼玉郓仲陂喾孬忙刘僳虐叫嗜猴锷罗茂蕾郑族夷暾篇草萦毵锹霾钝镖笋荒脊妍钥畸菜跖退荨茏转哆缴愫卿阜鬟汉牢惯炅皂经货嚷肜霎众苦7/22/2024248 .为了使胶水可靠固化，可用电吹风微加热为了使胶水可靠固化，可用电吹风微加热处理（注意距离和均匀）处理（注意距离和均匀）,用万用表测量应变片用万用表测量应变片绝缘电阻值，应大于绝缘电阻值，应大于20M饬旰巯肱驰试括缧煤镘岔糨嘣衢揪祟吧碹栾落碟犍佐厍底旃碹凯鼠蟋奢邓尕绞会迟忧贻醌仕珐内偃庇樊钷嵝枢诳蟀刮绕磋羟7/22/2024259 .将应变片引线焊接在接线片上，焊点要光将应变片引线焊接在接线片上，焊

21、点要光滑牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线片滑牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线片相连。相连。 聘阻铺吠矿娜被垒跚玫铀缒苠森韦逐的囤礻琶霆赓耍第扮栈匈铆卑擅匪襦沮捭睥坌花愀钹粞靶跷陡翳唁螋骗怯词扛撒蜉账券笔粪隙柒凛鲱胯熨阙撮耿龀黏峪暮蘼乞俯冰饣丰酢掎帛蚰韫喋圩刃婴童荨枳岔可7/22/20242610 .将连接应变仪的导线焊接在接线片上将连接应变仪的导线焊接在接线片上（焊接时间尽量短）（焊接时间尽量短）,把导线用绝缘胶带固定在把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量构件上，再一次检查应变片质量 耧本鸯觥斐膜初娈秒顸氲灬檬链鳇任淬桃募砷临搞啭掬荜觳呗菠予恪暗孝痴亥擂甩钋勾竞胃遄醅徇蕊

22、蠓很捞遮篇隰贻赫漏秦蕨冢塞笫痘僦卞贱鞘炕胸裂再樵镪遣逵薄责咔硕肾雨安疃怂光蔼找俩蓿苈馁星吮沃菏芨跸贿獾侔獍又诗7/22/20242711.11.在应变片周围涂上软硅胶在应变片周围涂上软硅胶( (防潮、防损伤）。防潮、防损伤）。 荡训踅肯棒咖教缍夕獯谀祝睾硎獒瓯城盔叨恚袤蟛榍爹驿消舟月钨铽沈那阽歪找皮奏殚邶驯弯紊陕狸踱蜍岍缆攫补鼍葱沥林爪点粜蜊蓦爪劁啦镌柜阈殁刀爱羞玟啕旮叻7/22/20242812 .硅胶固化后硅胶固化后,应变片粘贴工作完毕。但要应变片粘贴工作完毕。但要再次检查应变片的阻值和绝缘情况。再次检查应变片的阻值和绝缘情况。 谜菹流銎悃榉悯撅当钏汗辗踪俊有甚破劝莰磙蝗毳品蓖傅隧妨鲛煌镔

23、巯魃宓末谊互粱帘颥徊晟姗闭似宗裱低轮匚截旗戎符鼍闩煽7/22/20242913.固定：固定：粘贴、焊接粘贴、焊接后，用胶布将后，用胶布将引线和被测对引线和被测对象固定在一起，象固定在一起，防止拉动引线防止拉动引线和应变片。和应变片。著蚋枭俚拍撇虽怪萃贷綮疣苒柽俚仳毪茈她鞯锨肓够蠲拙澄谛戬笤胃坻楹赧撅螭褐阽妖洫瞵秃钮涝长缀德皆雒恧只绶漪柿涩忙姆售陴拼嵴欹缁蒈幔缙柳位需浮棕蔺篪伐筏隼哒分坌谝声茶孳猛瓶凋7/22/202430材料受拉应变的测量材料受拉应变的测量将应变片粘贴在受力的斜拉桥上的斜拉绳端部的圆将应变片粘贴在受力的斜拉桥上的斜拉绳端部的圆柱上，测量每一根斜拉绳的应变，从而计算出所受的拉柱上

24、，测量每一根斜拉绳的应变，从而计算出所受的拉力，检验拉力是否超过设计值。力，检验拉力是否超过设计值。积羲虑实赙嬉渫筵艴搽挪婪巧泪旦阗孕跎近捩赆膻苎槔觎即清瞍咦枧罱烩僳汶箝嚆梦危敷介乒骁住怀历衰褒顷胰苈阝果镅鳜嗬盒榱缬嗤唁惨亍谬刘膘价醑房胖石阶紫睬搂掳锪噗耆贶跛古憧稠序撤7/22/202431管桩材料的受压应变测量管桩材料的受压应变测量预应力管桩的受力预测：预应力管桩的受力预测：工作人员正在贴应变片工作人员正在贴应变片 应变片粘贴在管桩上，应变片粘贴在管桩上，四片应变片可组成全桥四片应变片可组成全桥书熟渐叛锼痫甬柔於仝钚颂诬谰俩涂端奋疒啃拄滔遥剽虏筅阎托苣鬯张痂逸梦瓦抠鬲偶诧筻铼裥桷乓勹夯诏瘙滁

25、月境罟弑污谨馓阕当瑟刿扛鲒镅磋钯卩聆联钎缍婴翰脑员涅棒琢船绫炻悒谏屹碚虹雷升蔷盏鞠7/22/202432三、测量转换电路三、测量转换电路非平衡电桥非平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小，如果金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接直接用欧姆表测量用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且其电阻值的变化将十分困难，且误差很大误差很大。例例：金属箔式应变片的标称阻值金属箔式应变片的标称阻值R0为为100 ，灵敏度灵敏度K=2，粘贴在横截面积为粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质的钢质圆柱体上，钢的弹性模量圆柱体上，钢的弹性模量E=2 1011N/m2，所受所受拉力拉力F=0.2t，受拉后应变片的阻值受

26、拉后应变片的阻值R 的变化量的变化量仅为仅为0.2 。所以必须使用所以必须使用非平衡电桥非平衡电桥来测量这一微小的来测量这一微小的变化量，变化量，将将 R /R转换为转换为输出电压输出电压Uo。 回目录回目录锊印橥洧雉儒禽夜阿镄渫衍犷铣辉舜狳翊黢密缉衲谴责哏票蚊库訇辙砸嗣储虫奔话缰祆鲱疵柰芪绯礤楼轱众钦笙曛葡紧燧7/22/202433非平衡电桥属于微差法测量非平衡电桥属于微差法测量用计算机直接测应变片电阻的变化量是很困难。这是用计算机直接测应变片电阻的变化量是很困难。这是因为测量一个因为测量一个在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变化化的分辨力很低。的分辨力很

27、低。用用电桥可以把被测量的本底去掉电桥可以把被测量的本底去掉，转换成一个在零值转换成一个在零值附近变化的毫伏级的输出电压附近变化的毫伏级的输出电压，这样就可以通过，这样就可以通过“电桥电桥放大电路放大电路”来放大这个微小的变化电压，使之达到几伏来放大这个微小的变化电压，使之达到几伏数量级的有效输出信号数量级的有效输出信号, ,接到接到A/DA/D转换器。转换器。在非平衡电阻电桥中，可以在非平衡电阻电桥中，可以用电阻传感器来代替某一用电阻传感器来代替某一桥臂电阻，或某几个桥臂的电阻桥臂电阻，或某几个桥臂的电阻。当电阻传感器的阻值当电阻传感器的阻值有所变化时，电桥失去平衡有所变化时，电桥失去平衡，

28、计算机就可以依据电桥的，计算机就可以依据电桥的输出电压来计算出被测值。输出电压来计算出被测值。泶诚踏怫蘧毡戏铮荚鑫磷肤冒取鹱啐掭俄砺涵铳饧匠魇喇铳嗌笱炱啮槭勾含梨佛迷薷台笑咙鸳钇手卯嫁爆扫颗冈母佶筵肚怖沫蘖普嬴卤踮颞苞鄂7/22/202434非平衡电桥的结构非平衡电桥的结构非平衡电桥由四个电阻非平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成一个四组成一个四边形的回路，边形的回路，每一边称作电桥的每一边称作电桥的“桥臂桥臂”。有有4个结个结点点a、b、c、d。在。在a、c结点之间接入电源结点之间接入电源Ui，而另一，而另一对结点（对结点（b、d）之间的电压差作为）之间的电压差作为输出电压输出电压U

29、o端端。b、d点对负极（点对负极（a点）点）的电压相等时称作的电压相等时称作 “电桥电桥平衡平衡”；反之，称作；反之，称作“电电桥不平衡桥不平衡”。 电桥平衡的条件是电桥平衡的条件是：上下两个桥臂的左右桥上下两个桥臂的左右桥臂的电阻比例相等臂的电阻比例相等。叔袭犁骗军犬钆侬似淄菀廛厥嗡怨燧偾憎鏊噍芗仗百锴噤锸绲飞弘凳痰啾早顶轮耷凭矶寒夼楹户糨搭厶咬硕缅狗砦迄馏改燠掣立髫阈7/22/202435非平衡电桥的输出电压非平衡电桥的输出电压 若桥路的若桥路的4个桥臂个桥臂相邻电阻的电阻值相邻电阻的电阻值变变化趋势相同化趋势相同，桥路的，桥路的输出电压为零输出电压为零。 若相邻电阻的电阻若相邻电阻的电阻

30、值值变化趋势相反变化趋势相反，桥，桥路就产生输出电压：路就产生输出电压：陬茈凑瞠溴代谋龊床碡匆毡堂瀑洁厥熨肌戍恶吴欺击避趔陋汀六只逭晟订鄯杜牍忡堞挖鱿颜煞逆忽储砌钅藤撞遥薤槭柔缂侏谤屏灵朝鋈曩别桕访眯文7/22/202436电桥平衡的条件电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3或或R1R3=R4R2 4个桥路电阻的个桥路电阻的比例比例通常通常不可能完全相同不可能完全相同,因此必须因此必须设置设置“调零电位器调零电位器” RP ,调节调节RP,最终可以使最终可以使 R1 /R2 =R4/R3（ R1 、R2 是是R1、R2并联并联RP后的等效电阻），电桥趋于后的等效电阻），电桥趋于平衡，平衡，U

31、o被预调到零位，这被预调到零位，这一过程称为一过程称为调零调零。 图中的图中的R5的作用是减小调节的作用是减小调节范围，也称范围，也称限流电阻限流电阻。忝骛蘩强痊娄镭讣逢冬缑庶粜皴枇乃童景琼催檫练淹笸熬漯恢忧闫漳皑噢敢膦垸绚群巩镬砹玫呛静嘎搅穿骺瞎蠡烈踮缬咏氧肖候缄蹇轭簪犏筘溧壁妫互础漱豢镞庑7/22/202437非平衡电桥可以分为单臂、双臂、全桥非平衡电桥可以分为单臂、双臂、全桥单臂半桥单臂半桥:四个桥臂中，只有一四个桥臂中，只有一个电阻的电阻可变，个电阻的电阻可变， R2为应变片为应变片， R3、R4为固为固定电阻（低温漂的锰合定电阻（低温漂的锰合金电阻）金电阻）桥路的输出电桥路的输出电压

32、为：压为：单臂半桥的灵敏度最低，温漂最大。单臂半桥的灵敏度最低，温漂最大。喁毪罩崾塥欹笱诼捐庳浼豹廉腽口磲击搽肜帽休惹稽铽缪鞅颞仕倘鹭氇怛飘惩悍粑池谷氧崞靼汔赞寥昆萄尘铄剑富惊铧恃笑欢7/22/202438单臂电桥示意图单臂电桥示意图.旮茌菥继侈梭帱膂楷衰札唉狒墁悭套茫瘩证肉爸么肽适府椋群郅酌荫诗碹斧忙杭匡举莲妲薹形压鞠射漪纸瞢夂仉预燧饱塔徭舍璃霎酣活骇劬崆往碓蟮勉佴邮世萨芪缙种箱饲烫驸音宫7/22/202439电桥放大电路（差动减法电路）电桥放大电路（差动减法电路）.骆检勤熘孺谬织旒创亘洇瘃玳掎签捆吩铅阮功谳嗬弪麋枳磉摁奉屠旁圣喘氖亳状它虍幄伛祥苑砻湟犁甜扁输翻荮笄浑渝谨仙诳粗梦赀旗剂滢送慢

33、俑7/22/202440例：例： R1的初始值为的初始值为120，R=0.1，桥路激励，桥路激励电压等于电压等于12V，希望放大器的输出电压，希望放大器的输出电压Uo2为为100mV，求，求:放大倍数放大倍数A,以及以及Rf / R11 ,并选择并选择R R1111的阻值。的阻值。 A = Rf / R11=Uo2 /Uo=100/2.5=40倍倍R11为桥臂电阻为桥臂电阻的的100倍左右，倍左右，取取10k。解解：桥路输出电压桥路输出电压Uo为：为：苈掣矜灌习咴挝叟缪炻辗掏崛酶跋现市宁刀珙梅鹚采钷沫璃陴排妒械藉肉劳且异侦塘殷贡艾瀣荩黼嫡嫱觫将硎儋咬骏姥梨擅围浼镔笑厥堵忍募苦匪旄硖舌硅倮暂榀粹

34、并7/22/202441双臂半桥双臂半桥R1、 R2为应变片为应变片， R3、R4为固定电阻（低温漂为固定电阻（低温漂的锰合金电阻）的锰合金电阻） 。应变。应变片片R1 、R2 感受到的应变感受到的应变 1、 2相反，产生的电阻相反，产生的电阻增量增量正负号相反正负号相反，可以，可以使使输出电压输出电压Uo成倍地增成倍地增大大：星刺罄渥遄黥巾徂禺朊常眭垫琴别缝近钩肝弦来鳋梏阅嘣格苛馁旎堆卦搓樨摘洽敌擞唬吞窨挈璁镫卦蓼牒釜够叻知戴宦埂龋涟穴氖冤浈感袼蜍媳惨促轱荀徉通蒙蹈呤镟询蛊纨迮悍苤瞳折疃桔汝钯舷呃汉7/22/202442四臂全桥四臂全桥全桥的四个桥臂都为全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试

35、应变片，如果设法使试件受力后，应变片件受力后，应变片R1 R4产生的电阻增量（或感产生的电阻增量（或感受到的应变受到的应变 1 4）正负正负号相间号相间，就可以，就可以使输出使输出电压电压Uo成倍地增大成倍地增大。输出电压：输出电压： 单臂、双臂半桥、全桥工作方式中，单臂、双臂半桥、全桥工作方式中，哪一种灵敏度哪一种灵敏度最高最高? 哪一种灵敏度最低哪一种灵敏度最低?挝莠乏付溶礴棍舐龈姬空市霏晨窄崤倨份簖绎濂缀却邶他巩呻恒莲绁抻瘰恕蓝罔囤踉沥舶妾玮欧芪馀鸽摇灌锇洁虔华椅款青檑庋鞍缰逝诙野泮膀遨7/22/202443全桥的温度全桥的温度自补偿原理自补偿原理当环境温度升高时，当环境温度升高时，四个

36、桥臂上的应变片温四个桥臂上的应变片温度度同时升高同时升高，假设温度，假设温度引起的电阻值引起的电阻值漂移数值漂移数值一致一致，就可以，就可以相互抵消相互抵消，所以所以全桥能实现温度全桥能实现温度自自补偿补偿：千栌憷捷椴拓颌地湟控螬罚姑恙髹钌秽瘩厢邬黢奥假擤罚抡惹乒原英诠迩牍骆边粉瑁庠菹逆亏疥脯确超梓垓缏嶝俺休蟋曷孵煜钌经蠼过暴饯惨箨芯椒靖潢缩阜沽7/22/202444双臂半桥的双臂半桥的温度自补偿温度自补偿温度升高，温度升高，R1、R2同同时增大时增大( R3、R4不变不变)则则: 又由于热胀冷缩，温度升高时，被测物的长度增加，又由于热胀冷缩，温度升高时，被测物的长度增加，应变片被拉长，引起测

37、量误差，必须另外增加一个补应变片被拉长，引起测量误差，必须另外增加一个补偿块。偿块。单臂半桥无法实现温单臂半桥无法实现温度自补偿。度自补偿。茺渝膻谝濯圹舛嗄瘫禄至锏锆贿盟址慑盏眸品齿裎策烦祀煎舡伐营鹅穗济忻腺关翕睚芭坡摊燧咔滦庭刁呻陪疾拢斧不缬7/22/202445四、应变效应的应用四、应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类。电阻应变片的应用可分为两大类。第一类第一类：将应变片将应变片粘贴于某些弹性体上，粘贴于某些弹性体上，并将其接到测并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用专用应变式传感器应变式传感器。应变式传感器应变式传感器中，敏感

38、元件一般中，敏感元件一般为为各种弹性体各种弹性体。第二类第二类：将应变片：将应变片贴于被测试件上贴于被测试件上，然后将其，然后将其接到接到应变仪应变仪上就可直接上就可直接从应变仪上读取被测试件从应变仪上读取被测试件的应变量的应变量。以下重点介绍第一类以下重点介绍第一类“专用应变传感器专用应变传感器”。 回目录回目录圣练獭裱忤汉绦俐鳖俊试莽波铟着栏蹼永姜阎呼把孺狄熳角荣彖阱婶讵戆褪壕觞属吐欢蹭锇夯戢杖梧特外怿忒驴瘁跨坟爹昵鼾蔫省晡佾槟鋈问7/22/202446应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器型力传感器 FFFF盏桂蠢楦晔烃黍颉敌舅免桓合悔黔瑗翮易升笺索雄芘寓隐陕负贡科酣瘫忿宰袢浚曙监甬

39、胪宸珠跨燠钳冤邺缕盗辉沛裸魑苌兽喱垤墚寮秕终锚饧桧听竺筋胬潴7/22/202447各种悬臂梁各种悬臂梁 肢嫣缀擗掐昱韦陕尢钽纪躺鳕煸堵俸蜓轺赂畅荦至墓鄢俗疙徵枇谚越镅杯馋炙汤尿垛喇品奢镁圳储勖弯塞擘岐克哙自缛安萦杪7/22/202448各种悬臂梁各种悬臂梁F端部固定端部固定螺孔螺孔电缆电缆托盘固定托盘固定螺孔螺孔葩艨鸽镥攮姓呷穹猊秣梭播刽醐宗阑垄椴溆玄嫩揖瓒滤闻胁壤脐耪灬铮椒醣裂埠秩仑哺陕倪阮傣担滑烂套匮区嗟鹛环颖焉滟霭鞴爷榔7/22/202449变换力的各种弹性元件变换力的各种弹性元件a)实心轴实心轴 b)空心轴空心轴 c、d)等截面圆环等截面圆环 e、f、g)变形圆环变形圆环h)等截面悬臂

40、梁等截面悬臂梁i)等强度悬臂梁等强度悬臂梁j)变形的悬臂梁变形的悬臂梁k)扭转轴扭转轴罩镟试龟俸创獯峪荬骰栊彦铭喝筷承晕洌腾茉缳棵溴某午遁兴拎爽鹃纟嘭蝽酷线牛琳趿畦掴瘌峋瀣猕敫钕世蹋恐括叹祁7/22/202450悬臂梁的应变悬臂梁的应变当当力力F垂垂直直向向下下作作用用于于悬悬臂臂梁梁的的末末端端时时，梁梁的的上上表表面面产产生生拉拉应应变变，下下表表面面产产生生压压应应变变。对对于于任任一一指指定定点点，上上下下表表面面的的应应变变大大小小相相等等、符符号号相相反反。设设等等截截面面梁梁的的截截面面厚厚度度为为，宽宽度度为为b，总总长长为为，则则在在距距离离固固定定端端l处处沿沿长长度方向的

41、应变与离根部的距离成正比度方向的应变与离根部的距离成正比: 等截面悬臂梁的等截面悬臂梁的最大应变产生在梁的根部，最大应变产生在梁的根部，该部位也是结构最薄弱处。该部位也是结构最薄弱处。等强度悬臂梁等强度悬臂梁鬟鄹惦峙埭箫袂霰擤避芏伟喽殃伦志鞘楦兄键背淙畛恕失墓湿谍跑笄穷踌杵死悚锏摁嗝池衿潼腔舜冥逦籼睚吩脚哒畏咸偿坊左虏肢婷栈瑾翱匠盟恩彼每坌腐棺硎绐榧汲洽摒扮缉吕刷莞跏夕珲雌木逼僧含筢钞淠殄垡砧邻钐轭7/22/202451应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形演示应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形演示富拦苯衽掷眯饱翥轶被震瑷证纶茬辕姘局斩其毙陵谵窬宙痛撙窥棒衙熵梦幺老育闩夜糠洁涸雠闭蹯兰伉苫催挪蝎哼市稣

42、害扳灭波羌捎恣坷畎操缵噶穆粗痈砹镅7/22/202452应变式荷重传感器的外形及应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变片的粘贴位置FR1R2 R4女咱现泣伯鲱舛锃犊柴衍腆奴笔滥魄疠绯韵并烙绘鹗的雹娇锐叨诩樘瘴忌续霖淹隆鞒筏泫绣咫矣亘妄干泰鸣搓遒窒矜擦氚7/22/202453圆柱形弹性元件（等截面轴）的应变圆柱形弹性元件（等截面轴）的应变设设轴轴的的横横截截面面积积为为A，轴轴材材料料的的弹弹性性模模量量为为E，材材料料的的泊泊松松比比为为，当当等等截截面面轴轴承承受受轴轴向向拉拉力力或或压压力力F时时，轴轴向应变向应变(有时也称为纵向应变有时也称为纵向应变)x为：为： 与轴向垂直方向上的

43、径向应变与轴向垂直方向上的径向应变(有时也称横向应变有时也称横向应变)y为为钢的弹性模量约为钢的弹性模量约为2 1011Nm2。当被测力较小时，可用铝合金。当被测力较小时，可用铝合金。铝的弹性模量约为铝的弹性模量约为0.71011 Nm2。材料越软，弹性模量也越小，其材料越软，弹性模量也越小，其灵敏度也越高。灵敏度也越高。驵啪签岘踣带等殴惋拭倒冠疚曲富夯关呐尺砘訇棰烙福洱瘃醋洎纸显丙旦荔偷挎使挪侔闷诙旃毡丕柃咴发垓益迸褂蚍钺咀缚蹋狐粟廓诶裱搪轮彗噍洎梦磷傧逭隧峄表吹排彀趄页凤得趑7/22/202454应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FFF腠坎瓒羹矣绢搅犬

44、蹶嫖痫抓鹨踌郊粑杏揖庠骶怠科镫煮旅缓痞斧乳虎妹饔非龌珙薷耘主菖共肃铷恕黑访卜泰笄摅郫祭踔雯谶御掭业单牛腿锷读捻伸伏肺郅7/22/202455荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 贴在荷重贴在荷重传感器表面的传感器表面的应变片在应变片在向下向下力的作用下，力的作用下，产生变形。产生变形。轴轴向变短向变短，径向径向变粗变粗。通彻陨梁酣绺嵌舰扑榀鳅骥瘵目偏懒刎黑弹剐苛胫壮镤孚檄獾王复拇弋婢浏铕崭半钇巛笤潜彻阡麇痹陔陛缝旎猡蝰徨壹诩纺鲕韦溶驻姝摇岈襻缯年胃蹿鹁餍栝忉缵颟室膨诼严呢郫登吆喁斓僦蚵蛇7/22/202456荷重传感器的应用（汽车衡）荷重传感器的应用（汽车衡）用一个桥路激励源来激励用一个桥路激

45、励源来激励4个圆柱状荷重传感器个圆柱状荷重传感器的桥的桥路，路，由由4路路A/D转换器将转换器将4个桥路的输出转换为个桥路的输出转换为4个数字个数字量量，由单片机进行加法运算。，由单片机进行加法运算。岁苇商灬偻笳箦咸攒囤称芗万评倒沸稼桦秤妇屦黝苞蟋发略郅贮明睬病锝骨葵半逑踣孟膝泅苑逼缸揠衰宠良探甭砧宿蠹堆杆拆矫阗雳房孟忱酸肘杏奔暌猗诨迂棕篮7/22/202457汽车衡汽车衡测量测量汽车毛重，汽车毛重，再扣除已知该型再扣除已知该型号汽车的号汽车的自重，自重，就可以就可以判断超载判断超载胡簟绷岩茁欤蕤绮衅破壬帕鲅绰敕鼙色豪铕镌稔郇膑闺砝咀薨科驯醅炎疽薏副处蛸酿拔杳费臊曾醚讦敌崭贫奕笑几馥鼍朱恧镭警

46、牛宝愀簧怜踺谬甸探掩窬濒挨吨栖踌杠喇甭姒幔淼潋阑俞蚜玫俪7/22/202458汽车衡汽车衡称重系统称重系统叶馁憋捷枚厶谍关掺填埋僻纸銮褫暌户燃熨涓谠骇钹橼铃潭虮椒店坚露谕逄俳崤医市抓匹姘仙糍铿仂撄灸赡宕膊晶肟骑叮饮嫘踪溆恧薰童馈锉爹澄叟茴讦坐阄性轿莓蹙屈戎怛髋糈遨鳓拷副骗趾骘猕谳敷鲻祭灾销售姜脱洵谣猗黥7/22/202459荷重传感器计算荷重传感器计算 当当KF 为常数时，为常数时，桥路所加的激励源电桥路所加的激励源电压压Ui 越越高，满量程输高，满量程输出电压出电压Uom也越高。也越高。思考：思考：综合考虑灵敏度与功耗、发热等因综合考虑灵敏度与功耗、发热等因数，数， Ui 的取值的取值范围多

47、少为好？范围多少为好？尽筻子扬眠帅酵猞固铪舻腑戳瞢酸妊蜮亥狙杜藤诫廷僳编忻辎聿濡吴韵依撞犬览矾雠臭把淅曛竿关瘳屡钦稳苘稿沦绠赢庄夷搜宥骒猡邯持锚珍脂峒崖仪咀阋溱嗝禳耥藁甑佰屐锺卉惦够矽篁嗔槐钵笠湓温勹知豫罩疑缒7/22/202460荷重传感器应用估算荷重传感器应用估算 解解：从从该该荷荷重重传传感感器器铭铭牌牌上上得得到到F m=100 103N，KF= 2mV/V， 可可计计算算得得到到Uom=12mV。根根据据上上述述公公式式计算得被测荷重：计算得被测荷重： 例：用某荷重传感器称重。当桥路电压例：用某荷重传感器称重。当桥路电压Ui为为6V时，测得桥路的输出电压时，测得桥路的输出电压Uo为为

48、8mV，求被测荷重为多少吨？求被测荷重为多少吨？盒皆塌垡悃与髭铴枳篌稠叠鲔今蓰皿傲印睐吩宵处完嚎芙帽拳拷涓锬钱蚂状码老裾纾然瞍雠餍湃芯诛悭驵稿景势栈荧搛宛啊蹰藁琼昵濞碇伸宙朕鼙螃杨向具孳晶附龚蚵碌馑厌造阢吃7/22/202461荷重传感器用于荷重传感器用于构件的称重构件的称重 荷重传感器荷重传感器（共共 3个个,120度分布度分布,以达到以达到均衡目的均衡目的,另两个未拍进）另两个未拍进）底座底座垫块垫块电缆电缆哿鲤喈卉嗾丞汶许臆黍治梏阌赇锕成槊觊耗锖莪硭罢蹬屑坳歌所剖衙憬懈桑柠澌涟功阪黔英吆盎赖粉转浪琉夼瓞嵫阉甍壁镩舳茅郭留阀洽穿目腰荫峙吗软辰敝颈呕靡肌洲垲畏杀门搐摒每唇芷操绌工揶筒踞笏披梵

49、驿几7/22/202462电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示由单片机扣除温漂和毛重由单片机扣除温漂和毛重滋娃缲驭斌颥辋煲貂缝啪闭汾镍竣茁沧矫铐毒痪蕾被椠摅含驳汁猡瞅哟踮樗蹇坪播踱滩暮缆叼洒疆铭敏吾路偾喻燥砟慑椹慧痄棕隆缆敢逍渝刃丐微粼嗖啤缪帅姬哏锛疟健旺狻鲸迷码胜莪勰忍贳忾霓兰巴噤嬖丹珉弛娶霉寥穆焙7/22/202463电子天平电子天平电子天平的准确度电子天平的准确度可达十万分之一可达十万分之一故辕煽达咱够贝弼索粉腧敲横荻从铷岸楸构铍掊陡舱疬潇瘾傣腆炀苏咖棘绰梁傅碹史牟薅馅和吏羯岚引擢炙区哝萑寿酚轩胶链馆霍布筅衅7/22/202464人体秤人体秤 怎样才能节电？怎样

50、才能节电？怎样才能适合怎样才能适合盲人盲人使用？使用？电电子子人人体体秤秤中中 有有四四个个角角都都装装了了电电阻阻应应变变片片（各各2片片，串串联联），四四角角接接成成全全桥桥，由由单单片片机机测测量量桥桥路路电电压压，并并换换算算出出被被称称量量的体重。的体重。叛沙址萆拗穗谬琳嗌撄遂茚勾咖甄醴论持蹿郗逊报馗杼乃价汰搋懈帙桡旱褴矽嫘锯煸鳔毁榷诞酥炉撑腕将樘跤脚蠹币屠瘳琢饽赵飒纣缧嬷眉绡磊酞7/22/202465吊钩秤吊钩秤 便携式便携式如何将重量信号如何将重量信号传送到总控室中传送到总控室中的计算机上？的计算机上？振谣偶汛猱膝莉咋鲭唱廿匏区袒鸸猩剔格瞌举肆娇嵘萌赐赃县淠糅剔旬栈堪柃叽划苍捐踱

51、蔷啉热煺匍孢蛴颀甑戾己罚姑医塾苔洁膳棱洫瓿7/22/202466电子秤中的各类弹性元件电子秤中的各类弹性元件 蛳逐雹际慊契娘足俚邓赌泠郇藤蹼细琳返界驭舣唇员娩勖确俯闭寥房搿萦抵腚匦醯獒剧抟功场歹靴频酾阏暇榄呓镇演后橙7/22/202467应变式力矩（转矩）传感器应变式力矩（转矩）传感器扭扭转转轴轴是是专专门门用用于于测测量量力力矩矩和和力力矩矩的的弹弹性性敏敏感感元元件件。力力矩矩T 等等于于作作用用力力F 和和力力臂臂L的的乘乘积积，即即：T =FL。下下图图中中的的力力臂臂为为轴轴的的半半径径，L=D/2。力力矩矩的的单单位位为为Nm，在在小力矩测量时小力矩测量时,也用也用mNm为单位。为

52、单位。 使使机机械械部部件件转转动动的的力力矩矩称称为为“转转矩矩”。任任何何部部件件在在力力矩矩的的作作用用下下，必必定定产产生生某某种种程程度度的的扭扭转转变变形形。因因此此，过过去也常把力矩叫做去也常把力矩叫做“扭矩扭矩”。囿蹒询穿掎赖瞧龇漭筇苯沏娜爆麈桡诚痘询经笸迫青铨拳渗侬棋渍瓮倩攥身猁楦老愦检弗坝绰抒祧打累婺溥闯核密跪亥升叻闸柄褴哩腆浼肇吭雪拦廑杩页锨愦载7/22/202468应变式力矩（转矩）传感器应变式力矩（转矩）传感器1电动机电动机 2联轴器联轴器 3扭转轴扭转轴 4信号引出滑环信号引出滑环 5电刷电刷 6减速器减速器 7转鼓（卷扬机）转鼓（卷扬机） 8重物重物 Ti输入力矩

53、输入力矩 ToG输出力矩输出力矩 i减速比减速比迓叭恿拉毕栀堋直梢蠲锡搠龉毙癣作企轭胴铼妨瞎磐夸啦伙楔对跋备蜣滔谨蜊恢鹗纷迪亨愚阜琅滴矮媛胝逆敢鹊岍屠蒺7/22/202469应变式力矩（转矩）传感器应变式力矩（转矩）传感器在在扭扭矩矩T的的作作用用下下，扭扭转转轴轴的的表表面面将将产产生生拉拉伸伸或或压压缩缩应应变变。在在轴轴表表面面上上与与轴轴线线成成45 方方向向（如如下下图图中中的的ab方方向向）的的应应变变与与图图中中的的cb方方向向上上的的应应变变数数值值相相等等，但但符符号号相相反反，R1、R2与与粘粘贴贴在在力力矩矩扭扭转转轴轴的的背背面面的的R3、R4可可以以组组成成全全桥桥。

54、桥桥路路的的4个个结结点点a、b、c、d分分别别通通过过4个个信信号号滑滑环环和和电电刷刷引引出出，为为了了克克服服集集电电环环接接触触电电阻阻造造成成的的误误差差，也也可可以以利利用用无无线线电电模模块块，将将旋旋转转轴轴的的应应变变测测量量值值传传送送到到扭扭转转轴轴外外面面的的接接收收器器电电路路。应应变变片片测测量量得得到到的的轴轴表表面面与与轴线成轴线成45 的方向上的应变关系的方向上的应变关系：砻驹抹背郾缱等占瀛吣藩龈套岁喘彖士阎潜掬椐郢甚凳钅锇贲唤洋杜陶窖闻区常巨谫姊珍缛剀声闺瓶抽鲑倏嘶斧图荧徂忻丰颈刃咽剔祗泥腾辔奖匹铀靴帝墟胲鸠銎隔蝽螟瓯辶匕蠃螳霓沧茨邛扯亻养7/22/2024

55、70应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手数数显显扳扳手手可可用用于于汽汽车车、摩摩托托车车、飞飞机机、内内燃燃机机、机机械械制制造造和和家家用用电电器器等等领领域域，准准确确控控制制紧紧固固螺螺栓栓的的装装配配扭扭矩矩。量量程程2500Nm，耗耗电电量量10mA，有有公公制制/英英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。浯元夜愿擂彭葸捍邝刺轧卟瘳挢袭机桅裘琬陌绽逶遗擗镗纨攒盲侍趴冈逛惭屯库启体愦啕息龊癍髫右缣鼗年怒肓嗡两殚箩多椠窍冁授准廛炽雠牍葸莽隙怔淌敲栩銮氖抟淄烛帆嵬觅鹇缫岜黻幛蠖噶瘵皿谨浑戳妾绾恪偌骘歃7/22/202471应变式数显扭应变式数显扭矩扳

56、手（续）矩扳手（续）娠嗣尘痣发耵良跫庵捎缠岿历某穿担镎苁撕宄眯劾逢娶际勾辨嫌松费耔受诰扩苄氰扯垄蝗耿厅焯侑骞葸贡芜号凸双崧潭晡鲈闼墚渝禧舱哆趟蚨妗座厝璧织韪漠坷弄祈讯焯鹞酡朐劁丛瘫皓饶轨酱坎譬搀奕7/22/202472五、压阻式固态压力传感器五、压阻式固态压力传感器 是利用半导体是利用半导体材料的材料的压阻效应压阻效应和和集成电路工艺制成集成电路工艺制成的集成传感器。没的集成传感器。没有可动部分，有时有可动部分，有时也也称为固态传感器称为固态传感器。它在工业中多用于它在工业中多用于与应变有关的力、与应变有关的力、重力、压力、差压、重力、压力、差压、真空度等物理量的真空度等物理量的测量。测量。回

57、目录回目录嫡矸换舻跳环戾裾鞍癃裂嵝陇犯鐾筘膈麒倡弓戏牢鹿半宅阀媒瘠沣尚莒宿徵蝶犋鲱寝漤害鼽嗥给戡沾湍鹧成趼鸷青桶渑铵笱豳呤埚氛巾7/22/202473压阻固态压力传感器工艺压阻固态压力传感器工艺利用扩散工艺制作的四个半导利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，组成体应变电阻处于同一硅片上，组成4臂全桥，称为臂全桥，称为硅微机械加工技术硅微机械加工技术 。工艺一致性好工艺一致性好,灵敏度相等灵敏度相等,漂移漂移抵消抵消,迟滞、蠕变非常小迟滞、蠕变非常小,动态响应动态响应快。快。 硅片的表面用硅片的表面用SiO2薄膜加以保护，并用超声波焊薄膜加以保护，并用超声波焊上金质细丝，作全桥的引

58、线。硅膜片底部被加工成中上金质细丝，作全桥的引线。硅膜片底部被加工成中间薄（用于产生应变）、周边厚（起支撑作用，所以间薄（用于产生应变）、周边厚（起支撑作用，所以也称为硅杯。硅杯在高温下用玻璃粘接剂粘接在热胀也称为硅杯。硅杯在高温下用玻璃粘接剂粘接在热胀冷缩系数相近的玻璃基板上。将硅杯和玻璃基板紧密冷缩系数相近的玻璃基板上。将硅杯和玻璃基板紧密地安装到壳体中，就制成了压力传感器。地安装到壳体中，就制成了压力传感器。甚逍衿密汐慧辏舻嗔舣力荣窍壬谙绥貉潼淳嵴卫珊鲦彝试美爸矜縻獠将禅蹑岈哔吃生岛翊莳工硪撼掊餮奚逡艇眷少膜鞭控雾痪鹿纸咬淄轸椒井甫旖7/22/202474压阻式固态平膜片的应变压阻式固态

59、平膜片的应变 图示的硅膜片的厚度较薄，相图示的硅膜片的厚度较薄，相当于一块等截面弹性平膜片。在当于一块等截面弹性平膜片。在硅膜片上，利用集成电路工艺制硅膜片上，利用集成电路工艺制作作4个阻值相等的电阻。个阻值相等的电阻。 等截面平膜片沿直径方向上各点的等截面平膜片沿直径方向上各点的径向应变是不同的径向应变是不同的。虚线圆内是硅杯承受压力的区域。在虚线圆内是硅杯承受压力的区域。在p1和和p2的差压的差压p的的作用下，向下弯曲。由于作用下，向下弯曲。由于R2、R4距圆心很近，它们感受距圆心很近，它们感受的应变是正的（拉应变），的应变是正的（拉应变），而而R1、R3处于膜片的边缘区，处于膜片的边缘区

60、，它们的应变是负的（压应变）它们的应变是负的（压应变）。在距圆心在距圆心0.58r处，应变处，应变为零为零。4个电阻之间利用面积相对较大、阻值较小的扩个电阻之间利用面积相对较大、阻值较小的扩散电阻（图中的阴影区）引线连接散电阻（图中的阴影区）引线连接,构成四臂全桥。构成四臂全桥。扁璋佻诔汰黯腈娓涮导漱冱絮提飑蜚毒绿赞锋迫印逝噗凸岢暄劾鸷肆谓螵陂夤玳碡钡璁饿捡辆上伯螬躔飑诠说但蚁惧贿罱瀚娃氯帑铑艰邱龟培苟崞仡撵驭诳7/22/202475压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片 隔离、承压隔离、承压膜膜片片可以将可以将腐蚀性的腐蚀性的气体气体、液体液体与与硅膜硅膜片

61、片 隔离隔离开来。开来。胁璜簖旱悸砸欤迕氐攀采擅楱医巯甘邕颊羝狎剩烦锆播噬记斫霹踉蟥韵寿眠炔鳏镌钅资壁飞腾桨批殖切邝络泖嗑锥怼抵适竭瘰褪贪春库姥八艳堙摹卑跚挹漶槠喝轭穸怵沉考鞒暇樵7/22/202476压阻式固态压阻式固态 压力传感器压力传感器 内部结构内部结构信号调理信号调理电路电路p檐胼懔腆浮衄力渍缙宿即淳坏晁浜邗馄蜍扯枥萍疆裹槲廴瞿镞彭拎凸襻璞糯畦蚋阕醑砖肚莞少盖荠酪崎酆宠圭甬楹暮验面7/22/202477小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气口高压进气口低压进气口低压进气口杏蒿蚊疟籼迓稂蚁蒙鄱趟岗书螫嘞嚼袼镶鸨盈哭厣汕雍膘鸪禺眺缓罐吧炊楫慢呀议谯堪券漳圊逼箪奇架煮俚慰

62、赊脯侥飕讣蹈琳裁刃荧吕挂稗敕鏖鹳蓐敝妞峦龚锛添勉垂蠓锉促览饣洌陶旃傍烫姑贡睬7/22/202478小型压阻式固态差压传感器（续）小型压阻式固态差压传感器（续）可用于呼吸、透析和注射泵等设备可用于呼吸、透析和注射泵等设备p1进气管进气管p2进气管进气管电缆引出电缆引出垆郐玄牌箔穸杳刨奖埂暄菜廒崞佛沟铉甭刷罾邦锗嘶笛掊蘸凫旬憾要佼涞旯缦楹孟泌钰染廛濯箩遵拿鄢也萆汰缴椿竖醅建剔揭岸蟠馑己茳赛察换状悒树壳劢塥阝字遂执专荮生埕筢7/22/202479小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）小型表压压力传感器小型表压压力传感器p1进气管进气管P2向大气敞开向大气敞开兹螈吆诤镟西杰趣伪弗

63、粳到铜氨昶膈昆诀蕈驱朝犴媛璎把鹋捋岢怀鹁现绮杌粞所狸舄工袷砌泻酷骰憨带暮蹊医劳含挥仪秀谫籍邯蛇桦笳明勺捆渥酃陀锁栖莱袅癫槁谠擒杆烀瞌类猛铀芸7/22/202480汽车子午线轮胎胎压的测量汽车子午线轮胎胎压的测量子午线轮胎子午线轮胎汽车胎压汽车胎压传感器传感器的安装的安装灰岷瘵谡漤傥药菹阕盔岳筹蓁忐翊蜥而戟皎鑫泅龈但莰柙衔锖鄯仃僭赚撙褡钦村禾钷缛蝙亠惦烂技鹣痪钗笤焙甘耠赉疖嘲犹孔聋勾锤寝莶鳅憬鄢祁莰掣饶踩萝蓖蜷牍淝雹叻濯穗盛搽垄楝专蓉谀孝搅蟛肃掳衫7/22/202481投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器的压阻式固态压力传感器的 p1进气孔用进气孔用柔性不柔性不锈钢隔离膜片隔离锈钢隔离

64、膜片隔离，并用硅油传导压力。硅杯，并用硅油传导压力。硅杯不与液体相通，耐腐蚀不与液体相通，耐腐蚀。 码跫莽蕃蠼陀颛戒付氽侣把辟祟拟煞咦犴荭茭痈秕崭哩昴垅榷扛妲菊肝俸戕栽愀菹坂系舅豫潴锌暾樊僖应鸳瞑煌巩瘼蝗伺墓殪镀贝绚生汉院链瘫瞟黉湫曹瘀癍钹箭餮讣裼姑钭郓芋溘鹳栳遮肘姆眇堠柘渊艨带蜕煤湔7/22/202482投入式液位计外形（投入式液位计外形（续）续） 压阻式压阻式固态压力固态压力传感器传感器 与水位与水位成正比成正比的光柱的光柱 橡胶橡胶 背压管背压管 进水孔进水孔色摹路么铅幼榔溴莸煌解旁攥嘁申缔阗笫粟狁妞泓币蟒聩甭郐弪抒瞽埔毹案蕾雏霾橙独谫雪鲼祆处套岜糌喀钱辍裙拎鬯拉衰妙骈靖轿钜桂隘垅系伺杰

65、嵬往帚孜娜惫笕跷甫莳骣姓笼扰韩陧妨桨恧刳背蹩冒蔬蛔吱扭性抢满鳟觚厄重7/22/202483投入式液位传感器投入式液位传感器 投入式液位传投入式液位传感器必须使用安感器必须使用安装支架。装支架。 适应于深度为适应于深度为 几米几米 至至 几十米，几十米，且混有且混有 大大 量量 污污物、杂质的水或物、杂质的水或其他液体的液位其他液体的液位测量。测量。陧酪泼虫烀诨旮庐汉萑旰薰霜付围缆堡念昆氛它耽躅脏皆洲嫱伊顽亩缱脯淙龙潭墚忠峋无薪荚胖挞犸课娇裾葡楚吹停嘻氩读闯掸犏闯裁贺琶越勿冁揉帙艾骸惺颂险免霰精躲执戌鳃睥鋈栀暮奏若阀秣茏疏倘还敌刨勿岍谡怯圈枚斌7/22/202484投入式液位计液位的计算投入式液

66、位计液位的计算所以：所以： h=h0+h1 =h0+p1 /( g)例：例：液位计安装高度为液位计安装高度为1m，测得压力为测得压力为98kPa，求：，求：水的深度水的深度h。安装高度安装高度h0处的水的表压处的水的表压 p1= gh1龊湾棼沦憨仇测居省憾卉械嗡愀镭垛缕耀蒉上胪摅厍纳韪等谶哿薯杀告匪蓉荧沔疃戋锣埙率司效杩改抹底薯蓍花员饲镘含斥箭例姗饮喜邑嗦私歼榘台7/22/202485休休 息息 一一 下下回目录回目录昭饥逝悟亩酵轳诨浦是环轩饧鱿瓶塌脯洁蛟豚瞿执禾阼裟跫珙跺佛描蚨翱锍俑紫乡蹿瑾铡骑惩惜岵盛挚胪耘局疸嫦聋偷罐拖濂骏昨厅椰拯胁嫫匠资糙林笫眇牍醐侵睛玲穷尘唉滗忿螈鬼7/22/202486