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1、检检 测测 技技 术术 基基 础础检测就是去认识检测就是去认识科学家西门子（）非电量检测技术非电量检测技术v在生产过程中，检测技术研究的对象大多数是非电量的测量技术。在生产过程中，检测技术研究的对象大多数是非电量的测量技术。常见的测量对象如常见的测量对象如 ： 热工量热工量：压力，温度，流量；：压力，温度，流量；机械量：机械量：位移，压力，长度，物位，速度，加速度，振动；位移，压力，长度，物位，速度，加速度，振动； 学习非电量检测技术，首先需要学习传感技术。传感技术学习非电量检测技术，首先需要学习传感技术。传感技术对国民经济的重要性是无可低估的，没有性能好的传感器，就对国民经济的重要性是无可低
2、估的，没有性能好的传感器，就不会有良好的检测技术的发展。国内传感器共分不会有良好的检测技术的发展。国内传感器共分1010大类，大类，2424小小类，类，60006000个品种，而国外品种更多，如美国约有个品种，而国外品种更多，如美国约有1700017000种传感器，种传感器，所以发展传感器品种的领域很宽广。所以发展传感器品种的领域很宽广。化工量：化工量：浓度，成份，浓度，成份，PHPH值，黏度；值，黏度；一、电阻应变式传感器一、电阻应变式传感器电阻式传感器电阻式传感器v利用敏感体受到某种物理状态的变化，其电阻也随之变化的特利用敏感体受到某种物理状态的变化，其电阻也随之变化的特性，把这种电阻变化
3、通过测量电路的转换，形成电能形式（电性，把这种电阻变化通过测量电路的转换，形成电能形式（电压，电流，频率等）的信号变化，经传递、放大、处理，最终压，电流，频率等）的信号变化，经传递、放大、处理，最终变成显示值。变成显示值。v常见的有：电位器式传感器，热电阻式传感器，热敏电阻传感常见的有：电位器式传感器，热电阻式传感器，热敏电阻传感器，气敏传感器，湿敏传感器，器，气敏传感器，湿敏传感器，应变片传感器应变片传感器等。等。说明说明: :(1)(1)电阻式传感器将电阻变化量转换成电能信号电阻式传感器将电阻变化量转换成电能信号, ,如电压如电压, ,电电流流, ,才可以在仪表系统里进行传递和处理。才可以
4、在仪表系统里进行传递和处理。(2)(2)电阻式传感器的电阻变化量电阻式传感器的电阻变化量 R R通常很小通常很小, ,所以转换的信所以转换的信号是微弱的号是微弱的, ,需要经过调理放大后驱动显示。需要经过调理放大后驱动显示。应变片传感器应变片传感器v用途用途: : 压力压力, ,荷重荷重, ,扭矩扭矩, ,加速度加速度等的测量。等的测量。v特点特点: : 体积小体积小, ,性能稳定性能稳定, ,精度高精度高, ,结构简单结构简单, ,测量范围大测量范围大, ,抗干扰抗干扰能力强等能力强等. .v目前主要有两种目前主要有两种: :金属电阻丝应变片金属电阻丝应变片, ,半导体应变片半导体应变片。下
5、图为金属。下图为金属电阻丝应变片的外形结构电阻丝应变片的外形结构. .应变效应应变效应金属丝金属丝金属电阻丝的电阻关系金属电阻丝的电阻关系: :当电阻丝受到外力作用发生形变当电阻丝受到外力作用发生形变, ,影响电阻影响电阻变化的三个参数（电阻率、长度、截面积）变化的三个参数（电阻率、长度、截面积）: :全微分方程全微分方程: :应变效应应变效应金属丝金属丝v电阻相对变化量电阻相对变化量: :对于截面积变化量对于截面积变化量转换为直径变化转换为直径变化: :根据材料力学横向收根据材料力学横向收缩和纵向伸长关系缩和纵向伸长关系: :整理整理: : : :泊松系数泊松系数, , =0.30.5;=0
6、.30.5; 和和 分别为纵向应变（长度相分别为纵向应变（长度相对变化量）和横向应变（横向相对变化量）对变化量）和横向应变（横向相对变化量）半导体应变片半导体应变片将半导体材料用特殊工艺在基片上涂膜形成扩散硅。当扩散硅将半导体材料用特殊工艺在基片上涂膜形成扩散硅。当扩散硅受外力作用后两端电阻也发生变化受外力作用后两端电阻也发生变化, ,也可以用金属电阻丝应变也可以用金属电阻丝应变片表达式片表达式: :金属金属-半导体区别半导体区别v(1)(1)对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微, ,故可以忽略故可以忽略不计不计: : 为电阻丝灵敏系数，为电阻丝
7、灵敏系数，在，所以在，所以K K为为。v(2)(2)对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比前两项大得多前两项大得多. . 其中其中: : r r压阻系数压阻系数; ; 沿纵向的应变沿纵向的应变;E;E材料的弹性模量材料的弹性模量; K; K灵敏系灵敏系数。数。K=50-70K=50-70远比远比金属电阻丝应变片的灵敏度高。金属电阻丝应变片的灵敏度高。灵敏系数灵敏系数k-补充补充 当具有初始电阻值的应变计粘贴于试件表面时，试件受力引当具有初始电阻值的应变计粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应变计的敏感栅，使其产生电
8、阻相对起的表面应变，将传递给应变计的敏感栅，使其产生电阻相对变化。实验证明，在一定的应变范围内，有下列关系：变化。实验证明，在一定的应变范围内，有下列关系：式中：式中： 为应变计轴向应变；为应变计轴向应变； 为应变计的为应变计的灵敏系数灵敏系数。两种应变片的特性小结两种应变片的特性小结v1.1.灵敏度灵敏度 金属电阻丝金属电阻丝: K=1+2: K=1+2 , , 为为金属材料的泊松系数金属材料的泊松系数, , =0.3-0.5.=0.3-0.5. 所以所以, ,应变片灵敏系数最大为应变片灵敏系数最大为K=2.K=2.半导体材料半导体材料: K=50: K=50 7070，可测微小应变（，可测
9、微小应变（600600微应变，长度相对变微应变，长度相对变化量为化量为1010-6-6为为1 1微应变）微应变）v2.2.线性度线性度: :金属电阻丝金属电阻丝: : 非线性误差小非线性误差小, ,在较大测量范围内在较大测量范围内应变片灵敏系应变片灵敏系 数基本不变。数基本不变。半导体材料半导体材料: : 非线性误差严重非线性误差严重, , 测量范围小。测量范围小。v3.3.动态特性动态特性: : 金属电阻丝金属电阻丝: : 响应速度在低频时较好响应速度在低频时较好, ,但随频率提高但随频率提高, ,响应速度响应速度 有可能跟不上而导致失真有可能跟不上而导致失真. . 半导体材料半导体材料:
10、: 因体积小因体积小, ,保证响应速度良好的频率范围较宽保证响应速度良好的频率范围较宽. .v4.4.其他特性其他特性: : 半导体材料的横向效应半导体材料的横向效应, ,机械滞后小于金属电阻丝机械滞后小于金属电阻丝. .测量原理测量原理金属应变的类型金属应变的类型u金属丝式金属丝式u金属箔式金属箔式u金属薄膜式金属薄膜式金属丝式金属丝式金属箔式应变片金属箔式应变片在绝缘基底上，将厚度为电阻箔材，利用照相制板或光刻腐在绝缘基底上，将厚度为电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。（1 1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求）尺寸准
11、确，线条均匀，适应不同的测量要求; ;（2 2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅; ;（3 3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。）与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，灵散热条件好，允许电流大，灵敏度提高敏度提高; ;（4 4）横向效应可以忽略横向效应可以忽略; ;（5 5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。金属薄膜应变片金属薄膜应变片u采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在度在以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再加上保护层，易以下的金属电阻材料
12、薄膜敏感栅，再加上保护层，易实现工业化批量生产实现工业化批量生产; ;u优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现工业化生产易实现工业化生产; ;u问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系。问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系。金属电阻丝应变片的横向效应金属电阻丝应变片的横向效应 1. 1. 实际灵敏系数实际灵敏系数上述讨论的灵敏系数上述讨论的灵敏系数 K=1+2K=1+2 , ,指的是一根金属导体指的是一根金属导体, ,但是但是当金属丝绕制成栅状片时当金属丝绕制成栅状片时, ,增加了多处的弯增加了多处的弯角角, ,金属丝无论是在
13、金属丝无论是在拉伸还是压缩拉伸还是压缩, ,直线部分与弯直线部分与弯角角部分的应变不相同。部分的应变不相同。金属丝受外力后金属丝受外力后, ,直线部分仅受到纵向应变直线部分仅受到纵向应变, ,而弯而弯角角部分将同部分将同时受到纵向和横向两个方向的应变时受到纵向和横向两个方向的应变. .使弯使弯角角部分的电阻变化减部分的电阻变化减少。这就是少。这就是横向效应。横向效应。2. 2. 横向效应的缺点：横向效应的缺点：（1 1）灵敏系数减小，）灵敏系数减小，（2 2）电阻与应变的关系存在非线性。）电阻与应变的关系存在非线性。减少横向效应的几种措施减少横向效应的几种措施v敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈
14、宽、愈短，则横向效应的影敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。响愈小。 （1 1）减少弯角横向长度：）减少弯角横向长度：（2 2）加粗弯角宽度：）加粗弯角宽度：（3 3）弯角采用良导体材料：）弯角采用良导体材料：应变片电阻值应变片电阻值p应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下 测得的电阻值测得的电阻值p电阻系列：电阻系列：6060、120120、200200、350350、500500、10001000金属电阻丝应变片的温度误差及补偿金属电阻丝应变片的温度误差及补偿v使用应变片测量应变时，总希望应变片电阻仅同受力应变有关使
15、用应变片测量应变时，总希望应变片电阻仅同受力应变有关, ,不受其他因素影响。但实际上环境温度变化必然会导致应变片产不受其他因素影响。但实际上环境温度变化必然会导致应变片产生附加误差。生附加误差。 电阻温度系数的影响：电阻温度系数的影响：敏感栅的电阻丝随温度变化的关系式如下：敏感栅的电阻丝随温度变化的关系式如下：RaRa：温度：温度t t时的电阻值；时的电阻值； RoRo：温度：温度toto时的电阻值；时的电阻值； ：参考：参考温度温度toto时的电阻温度系数。时的电阻温度系数。其中：其中： R=R= Ro Rot t表示温度变化后产生的电阻变化量，表示温度变化后产生的电阻变化量，这是在测量应变
16、时温度变化引起的误差之一。这是在测量应变时温度变化引起的误差之一。工件材料与电阻丝材料的线膨胀系数的影响工件材料与电阻丝材料的线膨胀系数的影响v设金属丝的线胀系数为设金属丝的线胀系数为 s，工件弹性体的线胀系数为工件弹性体的线胀系数为 g，当温度变化后各自自由伸长。当温度变化后各自自由伸长。实际使用时，应变实际使用时，应变片基片与工件（弹性体）是采用特殊粘结剂作刚性连接，片基片与工件（弹性体）是采用特殊粘结剂作刚性连接，受力后两者之间不产生滑动。如果两者的线胀系数相同，受力后两者之间不产生滑动。如果两者的线胀系数相同，则金属丝的变形处于自由状态，不会产生附加形变。否则金属丝的变形处于自由状态，
17、不会产生附加形变。否则两者因线胀量不一致，导致相互牵扯而引起附加形变则两者因线胀量不一致，导致相互牵扯而引起附加形变。 电阻丝：电阻丝：工件弹性体：工件弹性体： 总的附加电阻：总的附加电阻：附加电阻：附加电阻：附加应变：附加应变：附加伸长：附加伸长：v折合成附加应变：折合成附加应变：v v 3.3.组合自补偿法：适当选择材料的温度系数和线胀组合自补偿法：适当选择材料的温度系数和线胀系数，满足下式：系数，满足下式： 2. 2.补偿片法：利用电桥电路的差动特性，消除温度影响。补偿片法：利用电桥电路的差动特性，消除温度影响。1.1.热敏元件法：在测量电路中增加热敏元件法：在测量电路中增加负温度系数负
18、温度系数电阻。电阻。温度补偿方法：温度补偿方法：上述结果表明：环境温度的变化一定会引起附加测量应变的上述结果表明：环境温度的变化一定会引起附加测量应变的误差，是不能忽略的，误差，是不能忽略的，温度变化越大，则所引起的误差越大，温度变化越大，则所引起的误差越大，有必要在设计中加以考虑补偿的方法。有必要在设计中加以考虑补偿的方法。电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法R1RBR3R4R1RB初始状态初始状态U Uo o=A=A（R R1 1 R R4 4- R- RB B R R3 3）=0 =0 温度变化后温度变化后U Uo o=A=A（R R1 1+R+R1t1t）R R4 4-(R
19、-(RB B+R+RBtBt)R)R3 3=0=0R R1 1=R=RB BR R3 3=R=R4 4补偿了补偿了温度温度温度引起的误差可由温度引起的误差可由半桥和全桥补偿半桥和全桥补偿优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好优点：简单、方便，在常温下补偿效果较好缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片缺点：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，因而影响补偿效果。处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。弹性模量弹性模量E的温度补偿的温度补偿v弹性模量弹性模量E随温度上升而减小，导致应变阻值减小，随温度上升而减小，导致应变阻值减小，产生误差。产
20、生误差。金属丝电阻应变片的表示方法金属丝电阻应变片的表示方法横向应变与纵向应变的关系横向应变与纵向应变的关系: :用长方形符号表示电阻应变片用长方形符号表示电阻应变片. .图图(a)(a)受到的是压力受到的是压力, ,纵向受力电阻减小纵向受力电阻减小, ,横向受力电阻增加横向受力电阻增加; ;图图(b)(b)受到的是拉力受到的是拉力, ,纵向受力电阻增加纵向受力电阻增加, ,横向受力电阻减小横向受力电阻减小; ;测量电桥测量电桥测量测量电桥大致分电桥大致分直流电桥直流电桥, ,交流电桥两种交流电桥两种. .直流电桥直流电桥: :工作电源是直流电源工作电源是直流电源, ,桥臂元件为纯电阻桥臂元件
21、为纯电阻. .交流电桥交流电桥: :工作电源是交流电源工作电源是交流电源, ,桥臂元件为电阻桥臂元件为电阻, ,电感电感, ,电容电容及其组合件及其组合件. .测量电桥的优点测量电桥的优点: :结构简单结构简单灵敏度高灵敏度高具备测量零位具备测量零位可以反映被测量的变化方向可以反映被测量的变化方向. .应变片电阻测量应变片电阻测量v简单电路简单电路将受力形变后的应变片电阻变化量转化为电压信号将受力形变后的应变片电阻变化量转化为电压信号: 图中图中R1为固定电阻为固定电阻,R2为应变片电阻为应变片电阻. 输出电压输出电压: : (1)(1)应变片受力形变前应变片受力形变前: :(2)(2)应变片
22、受力形变后应变片受力形变后: :不足：不足：输入输出信号不一致输入输出信号不一致: : 受力为受力为0 0时时, ,输出电压不为输出电压不为0;0;不能反映受力方向不能反映受力方向: : 应变片无论拉伸还是压缩输出电压总是正应变片无论拉伸还是压缩输出电压总是正电压电压. .直流电桥直流电桥v平衡条件平衡条件电桥输出电压电桥输出电压平衡条件平衡条件v对电桥输出电压对电桥输出电压: : 若若R1-R4R1-R4受到应变作用阻值受到应变作用阻值=Ri+=Ri+ RiRi。 若若 ，负载电阻无穷大，输出电压可近似为：，负载电阻无穷大，输出电压可近似为：Ri=Rv(1)(1)单臂电桥单臂电桥R1-R4R
23、1-R4只有一个为工作的应变片只有一个为工作的应变片( (如如R1),R1),其余为固定电阻其余为固定电阻. .则则:R1=R2=R3=R4; :R1=R2=R3=R4; R1=R1=R R， R2-4=0R2-4=0提高电压提高电压U U或选用灵敏度系数高的或选用灵敏度系数高的应变片能提高桥路的电压灵敏度。应变片能提高桥路的电压灵敏度。由于应变片有功率限制，因此桥由于应变片有功率限制，因此桥路路电压有上限电压有上限。(2)对称电桥对称电桥:通常只有两个桥臂为工作的应变片通常只有两个桥臂为工作的应变片( (如如R1,R2),R1,R2),其余为固定电阻其余为固定电阻. .若若R1R1纵向应变纵
24、向应变 , R2, R2横向应变横向应变若若R1 , R3R1 , R3均为纵向应变均为纵向应变 v(3)(3)非对称电桥非对称电桥: a=?使输出最大使输出最大?R1R1和和R4R4产生不同的应变产生不同的应变a=1, 令令t=a+1,变换变换后求导。后求导。对称电桥是非对称电桥的特例，对称电桥是非对称电桥的特例，其优点是非线性误差较小。其优点是非线性误差较小。（4）全桥电路（）全桥电路（4个电阻都是应变电阻）个电阻都是应变电阻）:欲使输出电压最大，欲使输出电压最大， R， R，则让，则让R1、R3产生产生纵向应变，纵向应变，R2、R4产生横向应变。产生横向应变。电压灵敏度最高，因此是最常用
25、的一种桥路电压灵敏度最高，因此是最常用的一种桥路非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差9 9半桥差动电路半桥差动电路R R1 1+ +R R1 1R R2 2- -R R2 2若若RR1 1=R=R2 2, R, R1 1=R=R2 2, R, R3 3=R=R4 4, , 则得则得U Uo o与（与（RR1 1/R/R1 1）呈线性关系）呈线性关系, , 差动电差动电桥无非线性误差桥无非线性误差, , 而且电桥电压灵敏而且电桥电压灵敏度度K KU U=E/2,=E/2,比单臂工作时提高一倍比单臂工作时提高一倍, , 同同时还具有温度补偿作用。时还具有温度补偿作用。在试件上安装两个工作应变片
26、在试件上安装两个工作应变片, , 一个受一个受拉应变拉应变, , 一个受压应变一个受压应变, , 接入电桥相邻接入电桥相邻桥臂桥臂, , 称为半桥差动电路称为半桥差动电路, , 该电桥输出该电桥输出电压为电压为结论结论对于半桥和全桥对于半桥和全桥, ,通常采用同性质的敏感元件作为桥臂通常采用同性质的敏感元件作为桥臂. .那那么各自的电桥输出电压如下么各自的电桥输出电压如下: :无论哪一种电桥无论哪一种电桥, ,全桥的灵敏度最高全桥的灵敏度最高; ;全桥工作时全桥工作时: :半桥工作时半桥工作时: :单臂工作时单臂工作时: :结论结论选用半桥和全桥测量电路不仅可以提高电桥的灵敏度选用半桥和全桥测
27、量电路不仅可以提高电桥的灵敏度, ,还可以克还可以克服非线性和温度引起的干扰服非线性和温度引起的干扰. .为了提高电桥的灵敏度为了提高电桥的灵敏度, ,可以适当提高电源电压可以适当提高电源电压. .但是电源电压但是电源电压过高会引起电流增加过高会引起电流增加, ,导致温度对敏感元件的影响而造成附加误导致温度对敏感元件的影响而造成附加误差差. .电桥调零电桥调零制造工艺原因可能是的电桥不受载荷时输出电压不制造工艺原因可能是的电桥不受载荷时输出电压不为零，因此必须调零。为零，因此必须调零。P107P107例题例题1v如图所示如图所示, ,初始状态初始状态R1=R2=R3=R4=120R1=R2=R
28、3=R4=120，U=12V,U=12V,求输出电压求输出电压U0U0。(1)(1)只有只有R1R1为工作的应变片为工作的应变片,k=2,k=2,=0.0016;(2)=0.0016;(2)只有只有R1,R2R1,R2为为工作的应变片工作的应变片,k=2,k=2,1=0.0016; 1=0.0016; 2=-0.0016;(3) R1-R42=-0.0016;(3) R1-R4均为均为工作的应变片工作的应变片,k=2,k=2,1=1=3=0.0016; 3=0.0016; 2 2= =4 4=-0.0016;=-0.0016;解解:(1):(1)只有只有R1R1为工作的应变片为工作的应变片,k
29、=2,k=2,(3) R1-R4(3) R1-R4均为工作的应变片均为工作的应变片,k=2,k=2,1=1=3=0.0016; 3=0.0016; 2=2=4=-0.0016;4=-0.0016;(2)(2)只有只有R1,R2R1,R2为工作的应变片为工作的应变片,k=2,k=2,1=0.0016; 1=0.0016; 2=-0.0016;2=-0.0016;交流电桥交流电桥或者或者: :交流电桥的参数交流电桥的参数为阻抗为阻抗: :1.1.平衡条件平衡条件: :与直流电桥类似与直流电桥类似. .v阻抗参数也可以用复数形式表示阻抗参数也可以用复数形式表示: :交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条
30、件: :实部相等实部相等: :虚部相等虚部相等: :例例: :如图所示如图所示, ,某个交流电桥某个交流电桥, ,已知已知Z Z1 1=R=R1 1+jX+jX1 1=5+j6,Z=5+j6,Z2 2=R=R2 2+jX+jX2 2=4-j2, =4-j2, Z Z3 3=R=R3 3+jX+jX3 3=6+j2, =6+j2, 为了满足平衡条件为了满足平衡条件,Z,Z4 4取多少取多少? ?虚部相等虚部相等: :解解: :交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件: : 实部相等实部相等: :v联立方程联立方程, ,求得求得:R4=-1(:R4=-1(),X4= 11(),X4= 11(),),联
31、立方程联立方程, ,求得求得:R4=5.8(:R4=5.8(),X4=9.4(),X4=9.4().).上述结果说明该交流电桥能达到平衡上述结果说明该交流电桥能达到平衡. .实部相等实部相等: : 虚部相等虚部相等: :若若Z3=R3+jX3=6-j2, Z3=R3+jX3=6-j2, 则则: :上述结果说明该交流电桥不可能达到平衡上述结果说明该交流电桥不可能达到平衡常见的电阻应变片传感器的结构常见的电阻应变片传感器的结构1.1.悬臂梁悬臂梁特点：特点：灵敏度高，测量范围小灵敏度高，测量范围小在梁的同一位置的上方与下方各在梁的同一位置的上方与下方各粘贴同性质的应变片粘贴同性质的应变片,可以得到
32、可以得到大小相同方向相反大小相同方向相反的应变。的应变。F：外部施力；：外部施力； E：梁材料的弹性模量：梁材料的弹性模量；b: 宽度；宽度；受力关系受力关系: :续续例题例题v有一应变式等强度悬臂梁式力传感器有一应变式等强度悬臂梁式力传感器, ,假设悬臂梁的热胀系数相假设悬臂梁的热胀系数相等等,R1=R2,R1=R2,构成半桥双臂电路。设悬臂梁的厚度构成半桥双臂电路。设悬臂梁的厚度h=0.5mm,h=0.5mm,固定端固定端宽度宽度b=18mm,l=15mmb=18mm,l=15mm材料的弹性模量材料的弹性模量 E=2E=2 101011 11 N/mN/m2 2, ,应变片灵敏应变片灵敏度
33、度K=2,K=2,桥路的电源电压桥路的电源电压Ui=2V,Ui=2V,若输出电压为若输出电压为1.0mV,1.0mV,计算作用力计算作用力F F. . 解解: :计算作用力计算作用力F:F:悬臂梁的应变与外力的关系悬臂梁的应变与外力的关系: :桥路输出电压与电阻变化关系桥路输出电压与电阻变化关系: :计算作用力计算作用力F:F:计算应变计算应变: :vF为被测力（为被测力（N）；）；A为受力面积（为受力面积（m2）；）；E为材料的弹性模量（为材料的弹性模量（N/m2），其测量上），其测量上限可达限可达107N，对于小负荷，对于小负荷103-5N ，可用，可用空心筒式结构。空心筒式结构。2.2.
34、圆柱体圆柱体筒式压力传感器筒式压力传感器机床液压系统的压力（机床液压系统的压力（10106 610107 7PaPa），），枪炮的膛内压力（枪炮的膛内压力（10108 8PaPa），），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 E值和尺寸决定值和尺寸决定v例题：电阻应变片的灵敏度为例题：电阻应变片的灵敏度为K=2K=2，沿纵向粘贴于直径为，沿纵向粘贴于直径为的圆形钢柱表面的圆形钢柱表面,E=2,E=2 10101111, , =0.3.=0.3.求求钢柱受钢柱受10t10t拉力作用时拉力作用时, ,应变应变片电阻的相对变化量片电阻的相对变化量. .又如应变片沿钢柱圆周方向粘贴
35、又如应变片沿钢柱圆周方向粘贴, ,受同样拉力受同样拉力作用时作用时, ,应变片电阻的相对变化量为多少应变片电阻的相对变化量为多少? ? 解解: :(1)(1)沿纵向应变片电阻的相对变化量沿纵向应变片电阻的相对变化量: :(2)(2)沿横向应变片电阻的相对变化量沿横向应变片电阻的相对变化量: :v3.3.环式结构环式结构应变关系：应变关系：r:r:环的平均半径环的平均半径b:b:环的宽度环的宽度h:h:环的厚度环的厚度注意各应变片电阻在电注意各应变片电阻在电桥的位置，桥的位置，在外力作用下，在外力作用下，各点的应力差别较大各点的应力差别较大v4.4.扭矩测量扭矩测量: : 转轴上沿轴线转轴上沿轴线4545 角粘角粘贴应变片，应变关系：贴应变片，应变关系：T:T:施加在施加在转轴上转矩（图转轴上转矩（图上的上的F F）; ;r:r:转轴半径转轴半径. .应变式压力传感器应变式压力传感器容器内液体重量（液位）传感器容器内液体重量（液位）传感器应变式加速度传感器应变式加速度传感器作业作业P216 4-3P216 4-3
