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1、第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器主要内容 1.1.电电阻阻应变应变片原理片原理 2.2.金属金属应变应变片的主要特性片的主要特性 3.3.应变应变片片测测量量电电路路 4.4.应变应变式式传传感器的感器的应应用用 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器概述概述 电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.010.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。 应变式传感器特征： 不同材料类型；金属应变片、半导体应变片应用范围；应变力、压力、转矩、位移、加速度；主要优点；使用简单、精度高、范围大体积小。传
2、感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器概述概述 各种电子秤广泛应用于传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （1 1）应变应变效效应应金属金属应变应变片片结结构：构： 网状敏感网状敏感栅栅高阻金属高阻金属丝丝、金属箔、金属箔 基片基片绝缘绝缘材料材料 盖片盖片保保护层护层传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （1 1）应变应变效效应应箔式应变片结构导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变
3、化，导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。 第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （1 1）应变应变效效应应对于一长为对于一长为L L、横截面积为、横截面积为A A、电阻率为、电阻率为的的金属丝，其电阻值金属丝，其电阻值R R为：为：如如果果对对电电阻阻丝丝长长度度作作用用均均匀匀应应力力，则则、L L、A A的的变变化化(d(d、d dL L、d dA A) )将将引引起起电电阻阻R R变变化化d dR R ，d dR R可
4、通过对上式的全微分求得：可通过对上式的全微分求得：电阻相对变化量为：电阻相对变化量为： 若电阻丝是圆形的，若电阻丝是圆形的，则则A A=r r , ,对对r r 微分微分得得d dA A=2=2r r d dr r，则：，则： ll+dl2r2(r-dr)F图2-1金属丝的应变效应由材料力学的知识：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向应变的关系为： y=-x 为金属材料的泊松系数。将（2-4）式、（2-5）代入（2-3）式得：KS称为金属丝的灵敏系数，表示单位应变所引起的电阻的相对变化。对对于于确确定定的的材材料料，(1+2(1+2) )项项是是常常数数，其其
5、数数值值约约在在1212之之间间，对对金金属属材材料料来来说说，电电阻阻丝丝灵灵敏敏度度要要比比d d/ /x x 大的多，可以忽略。大的多，可以忽略。上式表示金属丝的电阻相对变化与轴向应变成正比关系。上式表示金属丝的电阻相对变化与轴向应变成正比关系。根据应力和应变的关系根据应力和应变的关系: :应力应力 = =EE，即，即 ，而而 ddR R，所以，所以 ddR R . .传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （1 1）应变应变效效应应 对对于金属于金属电电阻阻丝丝 =0.25=0.250.5(0.5(钢钢=0.28
6、5)=0.285)kk0 01+2k1+2k0 01.51.522金属金属应变应变片灵敏系数片灵敏系数k k0 0由材料的几何尺寸决定的由材料的几何尺寸决定的 应应力力=E=E可可见见 应变应变 R/RR/R应应力力 R/RR/R 通通过过弹弹性性元元件件可可将将位位移移、压压力力、振振动动等等物物理理量量将将应应力力转转换换为为应应变变进进行行测测量量，这这是是应应变变式式传传感感器器测测量量应变应变的基本原理。的基本原理。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （2 2）压压阻效阻效应应和和压压阻式阻式传传感器感器
7、v 半导体应变片又称压阻式传感器 优点：灵敏度高、耗电少、有正负两种应力效应。 缺点：受温度影响较大。l半导体材料的d/x项的值比(1+2)大的多，其灵敏度系数主要由压阻效应引起的电阻率的变化；灵敏系数远大于金属应变片的灵敏系数。对半导体已知固体受力引起的电阻变化为：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （3 3）应变应变片种片种类类 按材料分：金属式：体型:丝式、箔式、薄膜型半导体式体式：体型、薄膜型、扩散型、外延型、PN结型按结构分：单片、双片、特殊形状按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下传感器原理及应用传感器
8、原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.13.1电阻应变片原理电阻应变片原理 （3 3）应变应变片种片种类类 各种金属箔式应变片体型半导体电阻应变片金属应变计传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性 （1 1）应变应变片的灵敏系数片的灵敏系数 金属金属丝丝做成做成应变应变片后片后电电阻阻应变应变特性与特性与单单根金属根金属丝丝不同；不同；实验证实验证明，明，应变应变片灵敏系数片灵敏系数KKKK0 0电电阻阻丝丝灵敏灵敏系数，系数，产产品的灵敏系数称品的灵敏系数称“ “标标称灵敏系数称灵敏系数” ”
9、。被测体应变片传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器 直直线电线电阻阻丝绕丝绕成敏感成敏感栅栅后，后，虽虽然然长长度相同，度相同，但但应变应变不同，园弧部分使灵敏系数不同，园弧部分使灵敏系数KK下降，下降，这这种种现现象称象称为为横向效横向效应应。 3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（2 2）横向效）横向效应应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（3 3）应变应变片温度片温度误误差及差及补偿补偿 应应变变片片安安装装在在自自由由膨膨胀胀的的试试件件上上，
10、如如果果环环境境温温 度度变变化化，应应变变片片的的电电阻阻也也会会变变化化，这这种种变变化化叠叠加加在在测测量量结结果果中中称称应变片温度误差。应应变变片片温温度度误误差来源有两个主要因素：差来源有两个主要因素： t t误误差差应变应变片本身片本身电电阻温度系数影响；阻温度系数影响； gg试试件材料的件材料的线线膨膨胀胀系数影响系数影响 v因环境温度改变引起的附加电阻变化与环境温度变化t有关；v应变片本身的性能参数K、t、s；v试件参数g有关。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（3 3）应变应变片温度片
11、温度误误差及差及补偿补偿电阻丝阻值与温度关系：因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化温度变化t时电阻丝的电阻变化传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（3 3）应变应变片温度片温度误误差及差及补偿补偿 温温度度补补偿偿方方法法有有：电电桥桥线线路路补补偿偿、自自补补偿偿、双双金金属属片片辅辅助、助、热热敏敏电电阻阻补偿补偿、计计算机算机补偿补偿等。等。 线线路路补偿补偿： 工工作作应应变变片片粘粘贴贴在在被被测测试试件件表表面面上上，补补偿偿就就变变片片粘粘贴贴在在与与被被测测试试件件材材料料完完全全相
12、相同同的的补补偿偿块块上上，且且仅仅工工作作应应变变片承受片承受应变应变。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（3 3）应变应变片温度片温度误误差及差及补偿补偿 自自补偿补偿方法方法利用自身具有温度补偿作用的应变片来补偿要实现温度补偿必须有满足以下条件：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.23.2金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性（3 3）应变应变片温度片温度误误差及差及补偿补偿 电桥补偿电桥补偿方法方法传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式
13、式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 直流电桥的平衡条件负载RL（开路）电桥平衡时I0=0U0=0对比积相等邻臂比相等传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 设R1-R1+R1，R2-R2+R2，R3-R3+R1,R4-R4+R4这时电桥失衡，不平衡输出电压为： 电压灵敏度一般情况下R很小，即RR，故上式分母中R项和分子中R的高次项可略去，同时考虑电桥初始是平衡的，即R1R4=R2R3，故有传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3
14、章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 电压灵敏度上式表明，电桥输出电压与电桥电源电压成正比，在RR的条件下，电桥输出电压也与桥臂电阻的变化率R/R成正比。所以电桥输出电压可反映被测量引起电阻变化量。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器讨论：电桥电压灵敏度Ku越大，应变变化相同情况输出电压越大；Ku与电桥电源E成正比KuE，但供电受应变片允许功耗限制；3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 电压灵敏度传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应
15、变式式传传感器感器讨论：设均为全等臂电桥，即初始时R1=R2=R3=R4=R，下面分析这三种连接方式方式的电压输出。1、半桥单臂3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 单臂工作片电压灵敏度：桥路输出电压：电压灵敏度传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 单臂工作片电压灵敏度：桥路输出电压：电压灵敏度2、半桥双臂工作中电桥的两个桥臂阻值随被测物理量而变化3、全桥工作中电桥的四个桥臂阻值随被测物理量而变化桥路输出电压：单臂工作片电压灵敏度：电压灵敏度第
16、第3 3章章 应变应变式式传传感器感器传感器原理及应用传感器原理及应用电压灵敏度传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 单单 桥桥半半 桥桥全全 桥桥电压灵敏度传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器 3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥非非线线性性误误差差补偿补偿非线性误差：为理想值式中U。：为真实值单臂桥的非线性误差：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器可见非线性误差与R1/
17、R1成正比为减小非线性误差常采用差动电桥u差动电桥：在试件上安装两个工作片，一个受拉、一个受压接在电桥的相邻两个臂，电桥输出为：3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥非线性误差补偿非线性误差补偿传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥非非线线性性误误差差补偿补偿 半桥电压灵敏度为：讨论：输出电压U0与R1/R1呈线性关系，无非线性误差；电压灵敏度是单桥的两倍；具有温度补偿作用。电桥输出：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传
18、感器感器 3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（1 1）直流）直流电桥电桥 非非线线性性误误差差补偿补偿 全桥：将四臂按对臂同性接四个工作片称全桥。若R1=R2=R3=R4全桥电压输出：全桥电压灵敏度为：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（2 2）交流）交流电桥电桥 直流直流电桥电桥 优优点：所需要的高点：所需要的高稳稳定直流定直流电电源源较较易易获获得；得；连连接接导线导线要求低，不会引起分布参数，在要求低，不会引起分布参数，在实现预调实现预调平衡平衡时电时电路路简单简单，仅仅需需对纯电对纯电阻
19、加以阻加以调节调节。 缺点：容易受到工缺点：容易受到工频频干干扰扰，产产生零点漂移。生零点漂移。 交流交流电桥电桥 优优点：放大点：放大电电路路简单简单无零漂，不受干无零漂，不受干扰扰，为为特定特定传传感器感器带带来方便；来方便； 缺点：需缺点：需专专用用测测量量仪仪器或器或电电路不易取得高精度。路不易取得高精度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（2 2）交流）交流电桥电桥 交流交流电桥输电桥输出特征方程：出特征方程： 电桥平衡条件：电桥平衡条件：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式
20、传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（2 2）交流）交流电桥电桥 交流交流电桥电桥传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（2 2）交流）交流电桥电桥 交流电桥需满足对臂复数的模积相等，幅角之和相等。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路（2 2）交流）交流电桥电桥 已知忽略分母项交流半桥输出：交流单桥输出：其中：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量
21、电路电阻应变片测量电路 （2 2）交流）交流电桥电桥 交流交流电桥输电桥输出除出除满满足足电电阻平衡条件，阻平衡条件， 还还要要满满足足电电容平衡条件：容平衡条件： 交流电桥输出用复数表示：交流电桥输出用复数表示：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.33.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路 （2 2）交流）交流电桥电桥平衡平衡电电路路：电电容平衡容平衡电电路路 电电阻平衡阻平衡电电路路 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 在检测技术中，除了直接用应变片来测定试件的应
22、变和应力外，还可以利用它制成各种应变式传感器来测定各种物理量，如力矩、压力、加速度等。基本构成通常可分两部分：弹性敏感元件及应变片弹性元件在被测物理量的作用下产生一个与物理量成正比的应变，然后用应变片作为传感元件将应变转换为电阻变化。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 （1 1）电电阻阻应变仪应变仪 按按测测量量应变应变力的力的频频率可分率可分为为静静态应变仪态应变仪和和动动 态应变仪态应变仪，按，按应变应变力力频频率又可率又可细细分分为为： 静静态态5Hz5Hz； 静静动态动态几百几百HzHz； 动态动态5
23、KHz5KHz； 超超动态动态几十几十KHzKHz； 交流交流电桥电电桥电阻阻应变仪应变仪主要由主要由电桥电桥、振、振荡荡器、器、 放大器、相敏放大器、相敏检检波器、波器、滤滤波器、波器、转换转换和和显显示示 电电路路组组成。成。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（1 1）电电阻阻应变仪应变仪 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（1 1）电电阻阻应变仪应变仪 电桥测20-200Hz应变力输出调幅调制波；放大器将电桥输出的调
24、幅波放大；振荡器产生等幅正弦波提供电桥电压和相敏检波器参考电压；相敏检波器如果应变有拉应变和压应变，可通过相敏检波电路区分双相信号；相移器相敏检波器的参考信号与被测信号有严格的相位关系； 滤波器 为了还原被检测的信号用低通滤波器去 掉高频保留低频应变信号。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（1 1）电电阻阻应变仪应变仪 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（2 2）柱式力柱式力传传感器感器 柱式力柱式力传传感器感器结结构构F=
25、100*103NK=2mm/V传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 一般一般应变应变片均匀片均匀贴贴在在圆圆柱表面中柱表面中间间部分，部分，R1R1和和R3R3，R2R2和和R4R4串接，并置于串接，并置于桥桥路两路两对对臂上，当有偏心臂上，当有偏心应应力力时时，一方受拉另一方受一方受拉另一方受压产压产生相反生相反变变化，可减小弯矩的影响。化，可减小弯矩的影响。 横向粘横向粘贴应变贴应变片片R5R5和和R7R7串接，串接，R6R6和和R8R8串接，作串接，作为为温温度度补偿补偿片，接于另两个片，接于另两个桥桥臂
26、上。臂上。 桥路连接图桥路连接图灵敏度按半桥计算电桥输出为：灵敏度按半桥计算电桥输出为：电桥输出：传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 圆柱面展开图圆柱面展开图桥式连接图桥式连接图传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 荷重荷重传传感器感器弹弹性元件形式性元件形式传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（3 3）悬臂梁式力传感器v等截面梁：悬臂梁的横截
27、面积处处相等，所以称等截面梁。当外力F作用在梁的自由端时，固定端产生的应变最大，粘贴在应变片处的应变为：式中：式中：是梁上是梁上应变应变片至自由端距离，片至自由端距离， b b、hh分分别为别为梁的梁的宽宽度和梁的厚度。度和梁的厚度。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（2 2）力力传传感器感器 因因为为应应变变片片的的应应变变大大小小与与力力作作用用的的距距离离有有关关，所所以以应应变变片片应应贴贴在在距距固固定端定端较较近的表面，近的表面，顺顺梁的方向梁的方向贴贴上下各上下各贴贴两只。两只。 四个四个应变
28、应变片片组组成全成全桥桥。上面两个受。上面两个受压时压时下面两个受拉。下面两个受拉。 这这种种传传感器适用于感器适用于测测量量500Kg500Kg以下荷重。以下荷重。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用v 等等强强度梁：度梁： 悬悬臂梁臂梁长长度方向的截面度方向的截面积积按一定按一定规规律律变变化，化， 是一种特殊形式的是一种特殊形式的悬悬臂梁。臂梁。 当力作用在自由端当力作用在自由端时时，力距作用点任何截面，力距作用点任何截面 积积上上应应力相等，力相等，应变应变片的片的应变应变大小大小为为： 传感器原理及应
29、用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用各种平行双孔梁传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 各种形式梁传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 梁的形式梁的形式较较多，如平行双孔梁、工字梁、多，如平行双孔梁、工字梁、S S型拉力型拉力（a a）双孔梁）双孔梁 （b b）S S形形传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式
30、传感器的应用应变式传感器的应用 （4 4） 轮辐式测力传感器（剪切力）轮辐式测力传感器（剪切力）轮辐轮辐式式传传感器感器结结构主要由五个部分构主要由五个部分组组成，成， 轮轱轮轱、轮轮圈、圈、轮辐轮辐条、受拉和受条、受拉和受压应变压应变片。片。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器 3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 （5 5）膜片式压力传感器膜片式压力传感器 膜膜片片式式传传感感器器的的弹弹性性敏敏感感元元件件是是一一个个圆圆形形的的金金属属膜膜片片，金金属属元元件件的的膜膜片片周周边边被被固固定定，当当膜膜片片一一面面受受压压力力P P作作
31、用用时时，膜膜片片的的另另一一面面有有径径向向应应变变 r r和和切切向向应应变变 t t 。应变值应变值分分别为别为： 式中：式中： r r 膜片半径膜片半径 hh 膜片厚度膜片厚度 EE 膜片膜片弹弹性模量性模量 膜片泊松比膜片泊松比 xx 任意点离任意点离圆圆心距离心距离传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用Phr0圆形金属膜片径向应变切向应变一般在圆膜片中心处沿切向巾两片，在边缘处沿径向贴两片。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感
32、器的应用（2 2）力力传传感器感器 膜片式压力传感器膜片式压力传感器膜片式压力传感器应力分布膜片式压力传感器应力分布传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（2 2）力力传传感器感器 膜片式压力传感膜片式压力传感器器 膜片中心膜片中心处处，x=0x=0， r r与与 t t都达到正的最大都达到正的最大值值， 这时这时切向切向应变应变和径向和径向应变为应变为： 膜片膜片边缘处边缘处x=r,x=r,切向切向应变应变 t t=0,=0,径向径向应变应变 r r达到达到负负的最大的最大值值， 径向径向应变处应变处位置，位置
33、，应应在距在距圆圆心心 的的圆环圆环附近。附近。 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（2 2）力力传传感器感器 膜片式压力传感器膜片式压力传感器 根根据据应应力力分分布布粘粘贴贴四四个个应应变变片片，两两个个贴贴在在正正的的最最大大区区域域（R2R2、R3R3）两两个个贴贴在在负负的的最最大大区区域域（R1R1、R4R4），就是粘），就是粘贴贴在的内外两在的内外两侧侧。 R1R1、R4R4测测量量径径向向应应变变 r r（负负），R2R2、R3R3测测量量切切向向应应变变 t t（正正），四四个个应应变变片片
34、组组成成全全桥桥，即即可可增大增大传传感器的灵敏度，又起到温度感器的灵敏度，又起到温度补偿补偿作用。作用。 这类传这类传感器一般可感器一般可测测量量10105 5101066PaPa的的压压力。力。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用（6 6）应变式加速度传感器应变式加速度传感器 基基本本结结构构由由悬悬臂臂梁梁、应应变变片片、质质量量块块、机机座座外外壳壳组组成成。悬悬臂臂梁梁（等等强强度度梁梁）自自由由端端固固定定质质量量块块，壳体内充壳体内充满满硅油，硅油，产产生必要的阻尼。生必要的阻尼。 当壳体与被当壳
35、体与被测测物体一起物体一起 作加速度运作加速度运动时动时，悬悬臂梁在臂梁在 质质量量块块的的惯惯性作用下作反方性作用下作反方 向运向运动动，使梁体，使梁体发发生形生形变变， 粘粘贴贴在梁上的在梁上的应变应变片阻片阻值发值发 生生变变化。通化。通过测过测量阻量阻值值的的变变 化求出待化求出待测测物体的加速度。物体的加速度。 壳体机座aFR1R2m充满硅油传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 （3 3）力力传传感器感器 应变式加速度传感器应变式加速度传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式
36、式传传感器感器3.43.4应变式传感器的应用应变式传感器的应用 应变式加速度传感器应变式加速度传感器 传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器本章要点本章要点：应变片金属丝拉长，电阻增加，反之减少。应变传感器力传感器贴在试件上的应变片的电阻变化率与应变成比例。半导体压力传感器可获得比金属大100倍以上的电阻变化。利用应变的传感器重量传感器、压力传感器、粘度传感器等。电桥电路平衡条件：R1R4=R2R3；用途：求未知电阻值，记录电阻变化率、温度补偿；欧姆定律、基尔霍夫定律：计算电路电压、电流。传感器原理及应用传感器原理及应用第第3 3章章 应变应变式式传传感器感器本章要点本章要点：电阻式传感器的基本原理，转换电路。了解不同电阻式传感器的结构、性能、灵敏度差别，分别使用在哪些场合；如何通过电阻式传感器测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数；金属箔式应变片：直流单臂、半桥、全桥比较；应用测量电路，交流全桥,相移器、相敏检波器：电阻应变仪，电子秤。
