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1、第二章第二章 电阻式传感器电阻式传感器2.1 2.1 电阻应变计的基本原理与结构电阻应变计的基本原理与结构2.2 2.2 电阻应变计的主要特征电阻应变计的主要特征2.3 2.3 电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿2.4 2.4 电阻应变计的应用电阻应变计的应用2.5 测量电路测量电路2.6 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器2.7 压阻式传感器压阻式传感器返 回1教育教学2.12.1 电阻应变计的基本原理与结构电阻应变计的基本原理与结构2.1.1 2.1.1 导电材料的应变电阻效应导电材料的应变电阻效应长长为为 , ,截截面面积积为为A A，电电阻阻率率为为的的固固态态
2、导导体体的电阻为：的电阻为：返 回当它受到当它受到轴向轴向力力F而被拉伸而被拉伸(或压缩或压缩)时，其时，其均发生变化。均发生变化。（2-1）2教育教学横截面为横截面为A的物体的物体(金属丝金属丝)受到外力受到外力F的作用并处的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力力，即，即:应变是表征物体受外力作用时产生相对变形大小应变是表征物体受外力作用时产生相对变形大小的无量纲物理量。设物体原长为的无量纲物理量。设物体原长为l,受力后产生受力后产生l的形的形变，相应的应变变，相应的应变为：为：当纵当纵(轴轴)向受力时产生的纵向受力时产生的纵
3、(轴轴)向应变为向应变为x、横、横(径径)向应变为向应变为y，则，则：（为泊松比为泊松比）由胡克定律：当应力由胡克定律：当应力未超过某一极限未超过某一极限值时，应力值时，应力与应变与应变成正比，即：成正比，即：（E为弹性模量为弹性模量）相关概念：相关概念：泊松比指在材料的比例极限内，由均匀泊松比指在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值纵向应变之比的绝对值。3教育教学导体导体电阻电阻随随应变应变发生变化，其相对变化量发生变化，其相对变化量(求导数求导数)为：为：（2-2）由此可得：由此可得：（2-3）4教育教学1
4、.金属材料的应变电阻效应：金属材料的应变电阻效应：实验发现：实验发现：其中，其中，C是由一定的材料和加工方法决定的常数；是由一定的材料和加工方法决定的常数；V为体积。为体积。（2-4）上式表明，金属材料的电阻相对变化与其上式表明，金属材料的电阻相对变化与其(轴向轴向)线应变成正比，这就是金属材料的线应变成正比，这就是金属材料的应变电阻效应。应变电阻效应。（2-5）5教育教学2.半导体材料的应变电阻效应半导体材料的应变电阻效应（2-6）将（将（2-6）代入（）代入（2-3），得到：），得到：6教育教学综合综合(2-5)、(2-6)式得到导电丝材料的应变电阻效应为：式得到导电丝材料的应变电阻效应为
5、：7教育教学2.1.2电阻应变计的结构和类型电阻应变计的结构和类型1.应变计的结构应变计的结构金属丝式：金属丝式：回线式、短接式 金属箔式金属箔式金属薄膜式金属薄膜式位移、力、力矩、加速度、压力弹性敏感元件 应变 外力作用 被测对象表面(贴应变片)产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 8教育教学金属丝式应变片金属丝式应变片上一页返 回下一页 金属电阻丝应变片的基本结构 1-基底；2-敏感栅；3-覆盖层；4-引出线 敏感栅：敏感栅： 直径为直径为0.025mm左右的合金电阻丝左右的合金电阻丝9教育教学2.应变计的类型应变计的类型金属应变计和半导体应变计，常见的类型如下：金属应变
6、计和半导体应变计，常见的类型如下：10教育教学11教育教学2.2 2.2 电阻应变计的主要特征电阻应变计的主要特征电阻应变计的主要特征电阻应变计的主要特征 用以表达应变计工作性能和特点的参数或曲线用以表达应变计工作性能和特点的参数或曲线用以表达应变计工作性能和特点的参数或曲线用以表达应变计工作性能和特点的参数或曲线。 应变片的电阻值应变片的电阻值应变片的电阻值应变片的电阻值 R Rl应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下测得的电阻值为标称值下测得的电阻值为标称值R l电阻系列：电阻系列：60、120、200、350、500、1000 可以加大应变片可
7、承受的电压，可以加大应变片可承受的电压， 电阻值电阻值R大大 输出信号大，输出信号大， 敏感栅尺寸也增大敏感栅尺寸也增大 上一页下一页返 回12教育教学2.2.1 静态特性静态特性 当当施施加加于于应应变变计计上上的的应应变变不不随随时时间间变变化化或或变化缓慢时，应变计的输出特性。变化缓慢时，应变计的输出特性。1、灵敏系数灵敏系数(K)l lyx式中式中x x为应变计轴向应变为应变计轴向应变13教育教学K表示：安装在被测试件表示：安装在被测试件(弹性敏感元件弹性敏感元件)上的应上的应变计，在其轴向受到单向应力时引起的电阻相对变化变计，在其轴向受到单向应力时引起的电阻相对变化量与轴向应变之比。
8、量与轴向应变之比。K并不等于构成应变计的敏感栅整长应变丝的灵并不等于构成应变计的敏感栅整长应变丝的灵敏系数敏系数K0,一般一般KK0，原因：，原因：粘结层传递变形失真粘结层传递变形失真还存在有横向效应还存在有横向效应 14教育教学应变计的灵敏度在应变计的灵敏度在规定条件规定条件下通过实测确定下通过实测确定即即应变计的标定。应变计的标定。K称为标定灵敏系数。称为标定灵敏系数。上述上述规定条件规定条件为：为： 试件材料取试件材料取 0 0=0.285=0.285的钢；的钢； 试件单向受力；试件单向受力； 应变计轴向与主应力方向一致。应变计轴向与主应力方向一致。2.横向效应和横向效应系数横向效应和横
9、向效应系数(H)l lyxy15教育教学总的电阻相对变化量为：总的电阻相对变化量为：(2-10)(1)在标定条件下，有在标定条件下，有(2-11)可见，在可见，在单向应力、双向应变单向应力、双向应变条件下，条件下，横向横向应变应变总起着总起着抵消纵向抵消纵向应变的作用。应变的作用。应变计这种既感受纵向应变计这种既感受纵向应变又同时感受横向应变而使灵敏系数减小的现象，应变又同时感受横向应变而使灵敏系数减小的现象，称为称为横向效应横向效应。其大小用。其大小用横向效应系数横向效应系数(H)表示：表示：由上式可以得到以下几点结论；由上式可以得到以下几点结论；16教育教学(2)由于横向效应的存在，在非标
10、定条件下由于横向效应的存在，在非标定条件下(试件材料试件材料0.285；应变计轴向与主应力方向不一致。应变计轴向与主应力方向不一致。)若仍若仍用标定灵敏系数用标定灵敏系数K进行测量将产生较大误差，引起进行测量将产生较大误差，引起相相对误差对误差为：为：若单向应力方向与应变计轴向一致，则有若单向应力方向与应变计轴向一致，则有a=-,则则上式变为：上式变为：(2-13)(2-14)由此可见，减小由此可见，减小H就能减小横向效应产生的误差。就能减小横向效应产生的误差。理论分析和实验表明：理论分析和实验表明：对丝绕式应变计，纵栅愈对丝绕式应变计，纵栅愈长，横栅愈短，则长，横栅愈短，则H愈小。愈小。17
11、教育教学3.机械滞后机械滞后(Zj)指粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下指粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下,增增(加加载载)、减、减(卸载卸载)应变的过程中，对应同一机械应变所指应变的过程中，对应同一机械应变所指示应变量示应变量(输出输出)之差值。室温下要求：之差值。室温下要求：Zj310。 实测中，可在中，可在测试前通前通过多次重复多次重复预加、卸加、卸载，来减小机械滞后来减小机械滞后产生的生的误差。差。18教育教学4.蠕变蠕变()和零漂和零漂(P0)蠕变是粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下蠕变是粘贴在试件上的应变计，在恒温条件下,指指示应变量随时间单向变化的特性。示应变量随时间单向变化的
12、特性。反映了应变计在长时间工作中对时间的稳定性。反映了应变计在长时间工作中对时间的稳定性。要求要求315。产生原因是制作应变计时内部产生的内应力和工产生原因是制作应变计时内部产生的内应力和工作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间作中出现的剪应力，使丝栅、基底，尤其是胶层之间产生的滑移所致。产生的滑移所致。零漂指当试件初零漂指当试件初始空载时，应变计示始空载时，应变计示值仍会随时间变化的值仍会随时间变化的现象。机理和蠕变相现象。机理和蠕变相同同19教育教学在恒温条件下，使应变计输出的非线性误差达到在恒温条件下，使应变计输出的非线性误差达到10%时的真实应变值，称为时的真实应变值，称为应变
13、极限应变极限。应变极限是衡量应变计测量范围和过载能力的指标，应变极限是衡量应变计测量范围和过载能力的指标，通常要求通常要求lim8000 8000 。影响影响lim的主要因素及改善措施与蠕变基本相同。的主要因素及改善措施与蠕变基本相同。5、应变极限、应变极限(lim)应变计的线性特性只在一定的应变范围内保持。应变计的线性特性只在一定的应变范围内保持。20教育教学2.2.3评定应变计主要特性的精度指标评定应变计主要特性的精度指标见书见书P42表表2-42.2.2动态特性动态特性1.对正弦应变波的响应对正弦应变波的响应2.对阶跃应变波的响应对阶跃应变波的响应3.疲劳寿命疲劳寿命21教育教学2.3电
14、阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿2.3.1温度效应及其热输出温度效应及其热输出由于由于温度的变化温度的变化引起应变计电阻变化的现象，称引起应变计电阻变化的现象，称为应变计的温度效应。它由两部分组成：为应变计的温度效应。它由两部分组成： 1、当工作温度变化当工作温度变化t 时，敏感栅材料电阻温时，敏感栅材料电阻温度系数为度系数为t，则引起的电阻变化为：，则引起的电阻变化为： 2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化t时，因试件材料线膨胀系数时，因试件材料线膨胀系数s和敏感栅材料线膨胀系数和敏感栅材料线膨胀系数t不同，应变片将产生附加
15、拉长不同，应变片将产生附加拉长(或压缩或压缩)，引起的电阻，引起的电阻变化为：变化为：22教育教学3.总的电阻相对变化为：总的电阻相对变化为：相对应的热输出为相对应的热输出为:（温度的影响以等效应变（温度的影响以等效应变t的的形式表示形式表示)23教育教学1.温度自补偿法温度自补偿法这种方法是通过精心选择敏感栅材料与结构参这种方法是通过精心选择敏感栅材料与结构参数来实现热输出补偿。数来实现热输出补偿。粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消附加应变为零或相互抵消，这种，这种应变片称为温度自补偿应变片。
16、利用这种应变片来应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。2.3.2热输出补偿方法热输出补偿方法热输出补偿就是消除热输出补偿就是消除t t对实际被测应变量的干扰，对实际被测应变量的干扰，常采用温度自补偿法和桥路补偿法。常采用温度自补偿法和桥路补偿法。24教育教学优点：容易加工，成本低，优点：容易加工，成本低，缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。由式由式(2-20)可知，实现温度补偿的条件为可知，实现温度补偿的条件为当被测试件的线膨胀系数当被测试件的线膨胀系数s已
17、知已知时，通过时，通过选择敏感选择敏感栅材料栅材料，使下式成立使下式成立即可达到温度自补偿的目的。即可达到温度自补偿的目的。(1)单丝自补偿应变计单丝自补偿应变计25教育教学(2)双丝自补偿应变计双丝自补偿应变计R1R2组合自补偿法敏感栅丝由两种不同符号温度系数敏感栅丝由两种不同符号温度系数(一正一负一正一负)的金属丝串接组成的金属丝串接组成 使温度变化时产生的电阻变化满足下式即可使温度变化时产生的电阻变化满足下式即可： 由上式可知，选定敏感栅材料后，通过由上式可知，选定敏感栅材料后，通过调节调节两种敏感栅的两种敏感栅的长长度度就可实现应变片的温度自补偿，可达就可实现应变片的温度自补偿，可达0
18、.45m/0.45m/的高精度。的高精度。缺点是只能在选定试件上使用缺点是只能在选定试件上使用。26教育教学2.桥路补偿法桥路补偿法是利用电桥的和、差原理来达到补偿的目的。是利用电桥的和、差原理来达到补偿的目的。(1)双丝半桥法双丝半桥法敏感栅丝敏感栅丝由由两种同符号两种同符号温度系数的金属丝串接组成温度系数的金属丝串接组成U0R1R4R3URbR2R1为工作桥臂、为工作桥臂、(R2+Rb)为补偿桥臂。为补偿桥臂。Rb可调整但不感受应变和温度。可调整但不感受应变和温度。27教育教学在温度变化时，只要工作桥臂和补偿桥臂的在温度变化时，只要工作桥臂和补偿桥臂的热输热输出相等出相等(即电阻相对变化量
19、相同即电阻相对变化量相同)，就能达到温度补偿，就能达到温度补偿的目的。即：的目的。即：又因：又因：且且由此可得：由此可得：该法的优点是通过调节该法的优点是通过调节Rb的值，不仅可以使热补偿的值，不仅可以使热补偿达到最佳状态，而且适应于不同线膨胀系数的试件。达到最佳状态，而且适应于不同线膨胀系数的试件。缺点是对缺点是对Rb的精度要求高，且补偿栅起着抵消工作的精度要求高，且补偿栅起着抵消工作栅有效应变的作用，使输出灵敏度下降。栅有效应变的作用，使输出灵敏度下降。28教育教学(2)补偿块法补偿块法U0R1R4R3URbFFR1RbU0R1RR4R3URb+R(Rb不感受应变不感受应变,只感受温度只感
20、受温度)29教育教学l优点：优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好，简单、方便，在常温下补偿效果较好，l缺点：缺点： 要求两应变片和两弹性元件的特性完全相同；要求两应变片和两弹性元件的特性完全相同；在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因作片与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。而影响补偿效果。30教育教学2.4 电阻应变计的应用2.4.1 应变计的选用应变计的选用(1)选择类型选择类型(2)材料考虑材料考虑(3)阻值选择阻值选择(4)尺寸选择尺寸选择(5)其他考虑其他考虑 各种电阻应变计的应用特点见表各种
21、电阻应变计的应用特点见表2-531教育教学32教育教学2.4.2应变计的使用应变计的使用应变计的使用性能不仅取决于应变计本身的质量，应变计的使用性能不仅取决于应变计本身的质量，而且和应变计的正确使用有很大的关系。主要是粘贴而且和应变计的正确使用有很大的关系。主要是粘贴质量；质量；(1)粘结剂的选择粘结剂的选择(见见P46表表2-6)(2)应变计的粘贴应变计的粘贴33教育教学2.5 测量电路2.5.1 应变电桥概述应变电桥概述 电阻应变计把机械应变信号转换成电阻应变计把机械应变信号转换成R/RR/R后，由于应变量及其电阻变化都很微后，由于应变量及其电阻变化都很微小，既难以直接精确测量又不便直接处
22、理。小，既难以直接精确测量又不便直接处理。因此，必须采用测量电路或专业仪器因此，必须采用测量电路或专业仪器电电阻应变仪，阻应变仪，把应变计的把应变计的R/RR/R变化成可用的变化成可用的电压或电流输出电压或电流输出。34教育教学图图213典型的动态电阻应变仪组成原理框图典型的动态电阻应变仪组成原理框图1、电阻应变仪简介、电阻应变仪简介电阻应变仪的主要功用是把应变电桥输出的微电阻应变仪的主要功用是把应变电桥输出的微小电压调理到可供显示、记录的程度。按应变小电压调理到可供显示、记录的程度。按应变仪所能测量的应变工作频率，可分为静态、动仪所能测量的应变工作频率，可分为静态、动静态、动态、超动态、遥测
23、应变仪等多种类型，静态、动态、超动态、遥测应变仪等多种类型，但其结构原理基本相同。组成如图：但其结构原理基本相同。组成如图：35教育教学2.应变电桥应变电桥阻抗应变电桥如图。阻抗应变电桥如图。当桥臂接入的是应变计当桥臂接入的是应变计时，称为应变电桥。分单臂工时，称为应变电桥。分单臂工作、双臂作、双臂(半桥半桥)工作、全臂工作、全臂(全全桥桥)工作电桥。工作电桥。测量电桥按如下方法分类：测量电桥按如下方法分类：(1)按电源分类有直流电桥、交流电桥。按电源分类有直流电桥、交流电桥。(2)按工作方式分，平衡桥式电路按工作方式分，平衡桥式电路(零位测量法零位测量法)和不平衡和不平衡桥式电路桥式电路(偏
24、差测量法偏差测量法)。(3)按桥臂关系分，按桥臂关系分，对输出端对称电桥对输出端对称电桥(Z1=Z2,Z3=Z4);对电源端对称电桥对电源端对称电桥(Z1=Z4,Z2=Z3);半等臂半等臂(Z1=Z2,Z3=Z4)全等臂电桥全等臂电桥(Z1=Z3Z2=Z4)。U0Z1Z2Z3Z4UABCD36教育教学2.5.2直流电桥及其输出特性直流电桥及其输出特性R1R2R3R4UI0RLU0ABCDR1R3=R2R4 R1/R2=R4/R3 初始状态初始状态R1R3=R2R4电桥平衡电桥平衡,电桥输出电压或电流电桥输出电压或电流为零为零.根据负载的不同根据负载的不同要求要求,可分为电压输出可分为电压输出桥
25、和电流输出桥。桥和电流输出桥。平衡条件：平衡条件：37教育教学1、电压输出桥的输出特性、电压输出桥的输出特性 当电桥后面接高输入阻抗的放大器时当电桥后面接高输入阻抗的放大器时, 电桥输电桥输出端可看成开路。电桥的输出电压表达式为：出端可看成开路。电桥的输出电压表达式为： 假使四个桥臂均用应变片，工作时各自电假使四个桥臂均用应变片，工作时各自电阻变化阻变化Ri ，则：(2-26)(2-27)38教育教学采用采用等臂电桥等臂电桥，即，即R1= R2= R3=R4=R。此时式此时式(2-27)可写为可写为39教育教学(230)上式上式分母分母中的中的Ri/R是造成输出是造成输出U0非线性的因素非线性
26、的因素,当当Ri R 时，时，略去略去上式中的上式中的分母中的分母中的Ri/R(即非线性部即非线性部分分)，则：，则：由于由于Ri( i=1,2,3,4)很小，略去很小，略去上式中上式中高阶高阶微量微量，则：，则：(229)40教育教学 考虑采用考虑采用单臂工作单臂工作时，工作应变电阻时，工作应变电阻R1桥臂变化桥臂变化R1，R2为补偿应变计为补偿应变计(不承受应变不承受应变)，R3、R4为平衡固定为平衡固定电阻，此时电桥输出为：电阻，此时电桥输出为：当当Ri R 时，理想的线性关系为：时，理想的线性关系为：得单臂工作输出的电压灵敏度：得单臂工作输出的电压灵敏度：41教育教学2.功率输出桥的输
27、出特征功率输出桥的输出特征当电桥输出有足够的功率当电桥输出有足够的功率(大应变或用半导体大应变或用半导体应变计应变计)而无需后接放大器时，就可直接接入小阻而无需后接放大器时，就可直接接入小阻抗的指示仪表，这时电桥需输出电流。满足电桥输抗的指示仪表，这时电桥需输出电流。满足电桥输出功率出功率P0=I02RL为最大的条件是：为最大的条件是：这时的输出电流这时的输出电流I0和电压和电压U0为：为：(2-35)(2-36)(2-34)42教育教学对全等臂电桥对全等臂电桥(R1= R2= R3=R4=R)，当各桥臂都产，当各桥臂都产生应变时，用和电压输出桥一样的分析方法，有：生应变时，用和电压输出桥一样
28、的分析方法，有：对半等臂电桥对半等臂电桥(R1= R2=Ra, R3=R4=Rb),得到：得到：（237）（238）（239）比较（比较（230）、）、（238）可知）可知电压桥输出电压电压桥输出电压是功率桥的两倍是功率桥的两倍，两者输出特性的，两者输出特性的规律相同规律相同。43教育教学结论：结论：Ri R时时，电电桥桥的的输输出出电电压压与与应应变变近近似似成成线线性性关关系。系。相邻相邻两桥臂的应变量两桥臂的应变量相减相减，相对相对两桥臂应变量两桥臂应变量相加相加.电电桥桥供供电电电电压压U越越高高，输输出出电电压压U0越越大大。但但是是，当当U大大时时，电电阻阻应应变变片片通通过过的的
29、电电流流也也大大，若若超超过过电电阻阻应应变变片片所所允允许许通通过过的的最最大大工工作作电电流流，传传感感器器就就会会出出现蠕变和零漂。现蠕变和零漂。增大应变片的灵敏系数增大应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。，可提高电桥的输出电压。由由以以上上特特性性就就可可按按试试件件不不同同的的受受力力状状态态，通通过过合合理理布片和桥接得到高精度的输出。布片和桥接得到高精度的输出。44教育教学考虑采用全等臂考虑采用全等臂单臂单臂电桥时，电桥时，R1桥臂变化桥臂变化R1，假，假设设R1/R11，则可略去分母中的，则可略去分母中的R1/R1项项,得理想的线得理想的线性关系为：性关系为：而实际输出电
30、压为：而实际输出电压为：上一页返 回下一页电桥的相对非线性误差为电桥的相对非线性误差为3.3.电桥的非线性误差及其补偿电桥的非线性误差及其补偿(2-40)45教育教学已知金属应变计已知金属应变计K=2.5，最大应变，最大应变=5000=5000 ，采采用全等臂单臂电桥时，最大线性误差：用全等臂单臂电桥时，最大线性误差：半导体应变计取半导体应变计取K=120，则：，则：可见：可见：金属应变计，在一般应用范围内，非线性误差金属应变计，在一般应用范围内，非线性误差e e1%1%，故在此，故在此非线性误差范围内，其输出特性可用线非线性误差范围内，其输出特性可用线性表达式表示；性表达式表示；半导体应变计
31、，由于非线性误差随半导体应变计，由于非线性误差随K K而增大，必须采取补偿措施。而增大，必须采取补偿措施。46教育教学（1）差动电桥补偿法）差动电桥补偿法 A、采用半桥差动电桥、采用半桥差动电桥 R1R2FU0R1R1R3R4UR2R2上一页返 回下一页47教育教学R1R2R3R4=R，R1R2=R 严格的线性关系严格的线性关系电桥灵敏度比单臂时提高一倍电桥灵敏度比单臂时提高一倍温度补偿作用温度补偿作用上一页返 回下一页48教育教学输出电压为：输出电压为：U0R1R1UR2R2R3R3R4R4上一页返 回下一页B、全桥差动电路、全桥差动电路R1R2FR3R4得：得：49教育教学（2）恒流源补偿
32、法恒流源补偿法R2R1R1U0IR3R4如图，如图，全等臂、恒流源全等臂、恒流源I供桥，单臂工作供桥，单臂工作，则：，则：略去分母中的略去分母中的R1，线性输出：，线性输出：非线性误差为：非线性误差为：(4-43)同同(240)比较，线性误差明显减小。比较，线性误差明显减小。50教育教学2. .5.3 交流电桥及其平衡(自学)2.5.4 电阻式传感器的综合补偿与调整技术(自学)51教育教学2.6电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器2.6.1 原理与特点原理与特点2.6.2 应变计式传感器应变计式传感器1. 测力传感器测力传感器(称重和测力称重和测力)52教育教学上一页返 回下一页1应变式力传感
33、器应变式力传感器（a）实心圆柱；（）实心圆柱；（b）空心圆筒；）空心圆筒；(1)柱式力传感器柱式力传感器53教育教学R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF其中：A为横截面积 E为弹性模量54教育教学(2)梁式力传感器梁式力传感器上一页返 回下一页等截面梁 结构简单，易加工，灵敏度高结构简单，易加工，灵敏度高适合于测适合于测5000N以下的载荷以下的载荷b0R1R1R2R2l l0 0l lF Fb bh 等等截截面面悬悬臂臂梁梁55教育教学b0R1R1R2R2X Xl lF Fb bh 等等强强度度悬悬臂臂梁梁 56教育教学 双双端端固固定定梁梁57教育教学薄
34、壁圆环式力传感器薄壁圆环式力传感器上一页返 回下一页在外力作用下，各点的应力差别较大在外力作用下，各点的应力差别较大58教育教学BK4轮辐式式传感器系列感器系列采用采用轮辐式式结构，高度低，抗偏构，高度低，抗偏抗抗侧能力能力强，测量精度高，性能量精度高，性能稳定定可靠安装方便，是大、中量程精度可靠安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种感器中的最佳形式，广泛用于各种电子衡器和各种力子衡器和各种力值测量，如汽量，如汽车衡、衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤道衡、吊勾秤、料斗秤技技术参数参数量程（量程（t）1，2，5，10，20，30，50供供桥电压12VDC灵敏度灵敏度152mV/V输
35、入阻抗入阻抗73020非非线性（性（%FS）0.03,0.05,0.1输出阻抗出阻抗70010重复性（重复性（%FS）0.03,0.05,0.1绝缘电阻阻2000M滞后（滞后（%FS）0.03,0.05,0.1工作温度工作温度-10+50允允许过负荷荷120%FS热零点偏移（零点偏移（%FS/10） 59教育教学各种悬臂梁各种悬臂梁 应变式力传感器应变式力传感器60教育教学各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆61教育教学应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 62教育教学应变式荷重传感器的外形及应应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置变片的粘贴位置FR1R
36、2 R463教育教学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）FF64教育教学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）FF65教育教学荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 荷重传荷重传感器上的应变感器上的应变片在重力作用片在重力作用下产生变形。下产生变形。轴向变短，径轴向变短，径向变长。向变长。 66教育教学汽车衡汽车衡67教育教学汽车衡汽车衡（以下参考（以下参考（以下参考（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）68教育教学汽车衡汽车衡称重系统称重系统69教育教学2. 2. 应变式压力传感器应变式压力传
37、感器 用于液体、气体的动态和静态压力的测量。用于液体、气体的动态和静态压力的测量。70教育教学膜片式压力传感器膜片式压力传感器 trR4R3R1R2 UU0膜片P P r r t tR1R2 R3R4rrtt71教育教学72教育教学筒式压力传感器筒式压力传感器测较大压力测较大压力测较大压力测较大压力机床液压系统的压力（机床液压系统的压力（106107Pa），），枪炮的膛内压力（枪炮的膛内压力（108Pa），），动态特性和灵敏度主要由材料的动态特性和灵敏度主要由材料的E值和尺寸决定值和尺寸决定上一页返 回下一页73教育教学组合式压力传感器组合式压力传感器 应变片不直接粘贴在压力感受元件上，而贴在
38、悬应变片不直接粘贴在压力感受元件上，而贴在悬臂梁上。压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、臂梁上。压力敏感元件为膜片或膜盒、波纹管、弹簧管等弹簧管等通常用于测量小压力。通常用于测量小压力。其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。其缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。上一页返 回下一页74教育教学AK-1型型应变式脉式脉动压力力传感器感器产品品特点： 采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构 尺寸小，安装方便 频响高，精度高，性能稳定可靠 适用于各种动、静态，气、液体介质的压力测量上一页返 回下一页75教育教学3.应变式加速度传感器应变式加速度传感器上一页返 回上一页返 回在低频（在低频（1060Hz）振
39、动测量中得到广泛的应用）振动测量中得到广泛的应用,但不适用于频率较高的振动和冲击。但不适用于频率较高的振动和冲击。应变式加速度传感器结构示意图应变式加速度传感器结构示意图1等强度梁等强度梁2质量块质量块3壳体壳体4电阻应变片电阻应变片76教育教学电阻应变仪电阻应变仪下图所示的静态应变仪测量范围：下图所示的静态应变仪测量范围：19999；分辨率：分辨率： 1；电桥电压：直流；电桥电压：直流2.5V；应变片：应变片：120或其他阻值；或其他阻值； 测量点数：测量点数：8/16点；点；77教育教学电阻应变仪（续）电阻应变仪（续） 右图所示的静动态 应变仪技术指标：量程：110000频率范围：0-150kHz l平衡方式：手动 l精度：0.3% l零点飘移：- /：0.1- /24小时：0.5l灵敏度变化：- /：0.05%- /24小时：0.3% l信噪比：52dB（参考东方振动和噪声技术研究所资料）（参考东方振动和噪声技术研究所资料）78教育教学电阻应变仪（续）电阻应变仪（续）接线端子接线端子79教育教学与计算机接口的多路电阻应变测量模块与计算机接口的多路电阻应变测量模块 80教育教学材料应变的测量材料应变的测量81教育教学
