傳感器原理及應(yīng)用-第2章editbylibrachow2017

1、第二章 電阻式傳感器,2.1 電位器式電阻傳感器2.2 電阻應(yīng)變式傳感器,熟悉不同電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)特征、基本組成；掌握電阻式傳感器測(cè)量應(yīng)變的基本原理；掌握電阻式應(yīng)變片傳感器測(cè)量電路和分析方法；熟悉不同形式傳感器的應(yīng)用和正確使用方法。,本章要求,第二章 應(yīng)變式傳感器,基本原理：將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。,概 述,機(jī)器人,,原理：電機(jī)->轉(zhuǎn)角->電位器->電阻,

2、,電阻式傳感器的類別與特性,,概 述,電阻應(yīng)變效應(yīng)：因?qū)w材料變形而使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。,§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,§2.1 應(yīng)變式傳感器的工作原理,應(yīng)變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。,彈性應(yīng)變：當(dāng)外力去除后物體又能完全恢復(fù)其原來(lái)的尺寸和形狀的應(yīng)變。,,,§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,設(shè)一根長(zhǎng)為l，截面積為S，電阻率為ρ的電阻絲，其電阻值R為：,,,導(dǎo)線兩端受到力F作用時(shí),,,&#

3、167;2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,,將上式取全微分，則引起電阻值變化dR：,因,電阻值的相對(duì)變化：,,,,,在彈性范圍內(nèi)金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，沿徑向縮短，則軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系為：,§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,,,k0受2個(gè)因素影響：（1）受力后材料的幾何尺寸變化所引起的；即（2）受力后材料的電阻率發(fā)生變化引起的；即,項(xiàng),項(xiàng),,定義：k0為金屬絲的靈敏系數(shù),§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,根據(jù)應(yīng)

4、力σ和應(yīng)變?chǔ)诺年P(guān)系: 應(yīng)力σ=εE， ε∝σ 應(yīng)變dR ∝ε dR∝σ,確定的金屬材料，(1+2μ)項(xiàng)是常數(shù)，其數(shù)值約在1~2之間，實(shí)驗(yàn)證明dρ/ρ╱εx 也是常數(shù)。,金屬的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變成正比關(guān)系。,§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,如果將100Ω電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件受力橫截面積S=0.5×10-4m2，彈性模量E=2&

5、#215;1011N/m2，若有F=5×104N的拉力引起應(yīng)變電阻變化為1Ω。試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)？,§2.1.1 應(yīng)變片的工作原理,1. 金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu),§2.2 應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及特性,§2.2.1 金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu)和種類,1.敏感柵；2.蓋層；3.引線；4.基底,1）敏感柵材料,對(duì)敏感柵材料的要求：①應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測(cè)應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；②電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長(zhǎng)

6、的應(yīng)變片；③電阻溫度系數(shù)要小；④抗氧化能力高，耐腐蝕性能強(qiáng)；⑤在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強(qiáng)度；⑥加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；⑦易于焊接，對(duì)引線材料的熱電勢(shì)小。,基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對(duì)位置,并使敏感柵與測(cè)試件絕緣 ； 蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可保護(hù)敏感柵。 對(duì)基底和蓋片材料的要求是：抗潮濕，絕緣性能好，線膨脹系數(shù)小且穩(wěn)定，易于粘貼等。

7、基底材料有紙基和膠基。膠基由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺等制成膠膜，厚度約0.03～0.05mm。,2）基底和蓋片,3）粘合劑材料,用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。以便將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計(jì)的基底和敏感柵。 常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞胺等

8、。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。,4）引線材料,從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬線。 對(duì)引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。,按敏感材料金屬式體型絲式(紙基、膠基)箔式薄膜型半導(dǎo)體式體型薄膜型擴(kuò)散型PN結(jié)及其他形式,2. 應(yīng)變片的分類,按基底材料分紙基膠基浸膠基金屬基臨時(shí)基按安裝方式分粘貼式非粘貼式(

9、張絲式)焊接式噴涂式,2. 應(yīng)變片的分類,按工作溫度分常溫(-30-60℃)中溫(60-300℃)高溫(＞300℃)超低溫(＜-30℃)按用途分一般用途特殊用途(水下、抗磁感應(yīng)、裂縫擴(kuò)展等),2. 應(yīng)變片的分類,1）、金屬絲式應(yīng)變片 金屬電阻絲（合金，電阻率高，直徑約0.02mm）粘貼在絕緣基片上，上面覆蓋一層薄膜，變成一個(gè)整體。,幾種典型的金屬應(yīng)變片,優(yōu)點(diǎn)：使用最早，具有制造簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜、易

10、于粘貼等優(yōu)點(diǎn),多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。 缺點(diǎn)：蠕變較大，金屬絲易脫膠，橫向效應(yīng)較大。,利用光刻、腐蝕等工藝制成一種很薄的金屬箔柵，箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性號(hào)的銅鎳合金。厚度一般在0.003~0.010 mm，粘貼在基片上，上面再覆蓋一層薄膜而制成。優(yōu)點(diǎn)：表面積和截面積之比大，散熱條件好；允許通過的電流較大；在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小；一致性較好；可制成各種需要的形狀，便于批量生產(chǎn)。,2）、金屬箔式應(yīng)

11、變片,采用真空濺射或者真空沉積等鍍膜技術(shù)制成，在薄的基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片，厚度在0.1μm以下。特點(diǎn)：蠕變和滯后較?。混`敏度系數(shù)較高；電流密度大；工作溫度范圍較廣。,常用金屬薄膜應(yīng)變片,3）、金屬薄膜應(yīng)變片,一、靈敏系數(shù)二、橫向效應(yīng)三、機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、應(yīng)變極限五、電阻值、絕緣電阻和最大工作電流六、動(dòng)態(tài)特性七、溫度誤差,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,應(yīng)變片敏感材料—金屬材料

12、的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈敏度系數(shù)k0表示：,定義：K：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。,一、靈敏系數(shù),但材料做成應(yīng)變片后的電阻-應(yīng)變特性與敏感材料本身的不同。,實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變?chǔ)旁诤軐挼姆秶鷥?nèi)均為線性關(guān)系：,靈敏系數(shù)K表示安裝在被測(cè)試件上的應(yīng)變片在其軸向受到單向應(yīng)力時(shí)，引起的電阻相對(duì)變化與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變之比。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般小于敏

13、感材料的靈敏度系數(shù)。,一、靈敏系數(shù),主要影響因素：敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能，特別是橫向效應(yīng)。,標(biāo)稱靈敏系數(shù)：通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下，通過實(shí)測(cè)來(lái)確定，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)稱為標(biāo)稱靈敏系數(shù)。,應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測(cè)量的精度。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,二、橫向效應(yīng)（transverse effect）,將直的金屬絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，應(yīng)變片敏感柵的電

14、阻變化較直的金屬絲小，因此靈敏系數(shù)有所降低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,若敏感柵有n根縱柵，半徑為r，則可以定義橫向效應(yīng)系數(shù)C,敏感柵越窄，基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小。為了減小橫向效應(yīng)的影響，一般多采用箔式應(yīng)變片。,原因（1）應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；（2）在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。,1、機(jī)械滯后

15、 應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象。,三、機(jī)械滯后、零漂及蠕變,還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。通常在實(shí)驗(yàn)之前預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后誤差。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,2、零點(diǎn)漂移 對(duì)于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí)，不承受應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性。,產(chǎn)生原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐

16、漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。,3、蠕變 在一定溫度下，應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時(shí)，電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。,產(chǎn)生原因：膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,應(yīng)變極限：在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對(duì)測(cè)試值的真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變值。,應(yīng)變片的應(yīng)變極限,四、應(yīng)變極限,真實(shí)應(yīng)變：因

17、工作溫度變化或承受機(jī)械載荷，在被測(cè)試件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)所引起的表面應(yīng)變。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,1、電阻值 是指應(yīng)變片沒有粘貼且未受應(yīng)變時(shí)，在室溫下測(cè)定的電阻值，即初始電阻值。,五、電阻值、絕緣電阻和最大工作電流,,2、絕緣電阻 指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測(cè)件之間的電阻值Rm。通常要求Rm在50~100MΩ以上。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,2、絕緣電阻

18、 絕緣電阻過低,會(huì)造成應(yīng)變片與試件之間漏電而產(chǎn)生測(cè)量誤差，使測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度降低。 Rm取決于粘結(jié)劑及基底材料的種類及固化工藝。在常溫使用條件下要采取必要的防潮措施；在中溫或高溫條件下要選取絕緣性好的粘結(jié)劑和基底材料。,3、最大工作電流 應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流Imax。 工作電流的選取要根據(jù)試件的導(dǎo)熱性能及敏感柵形狀和尺寸來(lái)決定。通常靜態(tài)測(cè)量時(shí)取25mA左右；

19、動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可取75～100mA。測(cè)量材料散熱好，可取大一些；導(dǎo)熱性差，可取小一些。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,六、動(dòng)態(tài)特性 1、正弦應(yīng)變信號(hào)的響應(yīng)特性,被測(cè)應(yīng)變值隨時(shí)間變化的頻率很高時(shí)，需考慮應(yīng)變片動(dòng)態(tài)特性。應(yīng)變片基底和粘貼膠層很薄，構(gòu)件的應(yīng)變波傳到應(yīng)變片的時(shí)間很短，故只需考慮應(yīng)變沿應(yīng)變片軸向傳播時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。,設(shè)一頻率為f 的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度v 沿應(yīng)變片柵長(zhǎng)l0方向傳播，應(yīng)變片中點(diǎn)、兩端點(diǎn)的坐標(biāo)是xt

20、、x1和x2 。在某一瞬時(shí)t，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布為,應(yīng)變片中點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,六、動(dòng)態(tài)特性 1、正弦應(yīng)變信號(hào)的響應(yīng)特性,應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變?yōu)闁砰L(zhǎng)l0范圍內(nèi)的平均應(yīng)變?chǔ)舖，而不是xt點(diǎn)的應(yīng)變。εm數(shù)值等于l0范圍內(nèi)應(yīng)變波曲線下的面積除以l0 ，即,平均應(yīng)變?chǔ)舖與中點(diǎn)應(yīng)變?chǔ)舤相對(duì)誤差δ為,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,相對(duì)誤差δ的大小只決定于l0/λ的比值，l0/λ為1/10和1/20時(shí)

21、δ的數(shù)值為,應(yīng)變片柵長(zhǎng)與正弦應(yīng)變波的波長(zhǎng)之比愈小，相對(duì)誤差δ愈小。,給定δ級(jí)數(shù)展開計(jì)算出應(yīng)變片可測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的最高頻率。,六、動(dòng)態(tài)特性 1、正弦應(yīng)變信號(hào)的響應(yīng)特性,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,六、動(dòng)態(tài)特性 2、階躍應(yīng)變信號(hào)的響應(yīng)特性,應(yīng)變片在測(cè)量頻率較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變波在材料中傳播速度與聲波相同。當(dāng)應(yīng)變波在縱柵長(zhǎng)度方向上傳播時(shí)，只有在應(yīng)變波通過敏感柵全部長(zhǎng)度后，應(yīng)變片所反映的波形經(jīng)過一定時(shí)間的延遲，才能達(dá)到最大值

22、。,上升時(shí)間tk（應(yīng)變輸出從10%上升到90%的最大值所需時(shí)間）可表示為,實(shí)際響應(yīng)：,若取l0=20mm，v=5000m/s，則tk=3.2×10-6 s。,§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，稱為溫度誤差，又稱熱輸出。,環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的2個(gè)主要因素：（1）應(yīng)變片的敏感柵具有一定溫度系數(shù)；（2）應(yīng)變片材料與測(cè)

23、試材料的線膨脹系數(shù)不同。,設(shè)環(huán)境溫度變化為Δt（℃）時(shí)，應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為αt，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對(duì)變化為,七、溫度誤差及其補(bǔ)償,1.溫度誤差原因,敏感柵材料和被測(cè)構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當(dāng)Δt存在時(shí)引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，相應(yīng)的電阻相對(duì)變化為,K應(yīng)變片靈敏系數(shù); βe試件材料線膨脹系數(shù)；βg敏感柵材料線膨脹系數(shù)。,溫度變化Δt形成的總電阻相對(duì)變化,相應(yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)?§2.2.2 電阻應(yīng)變片的主要特性,2.溫

24、度誤差補(bǔ)償方法,應(yīng)變片補(bǔ)償單絲自補(bǔ)償雙絲組合式自補(bǔ)償,線路補(bǔ)償雙金屬半橋片電橋補(bǔ)償熱敏電阻補(bǔ)償,當(dāng)被測(cè)試件線膨脹系數(shù)βe已知時(shí)，合理選擇敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)αt、靈敏系數(shù)K以及線膨脹系數(shù)βg，可在溫度變化時(shí)均有ΔRt/R0=0，從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和使用都比較方便。,1）單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片若使應(yīng)變片在溫度變化Δt時(shí)的熱輸出值為零，必須使,它的應(yīng)變片敏感柵絲是由兩種不同溫度系數(shù)（一正一負(fù)）的金屬

25、絲串接組成的。 通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，調(diào)整R1和R2的比例，使溫度變化時(shí)產(chǎn)生的電阻變化滿足,2）雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片,優(yōu)點(diǎn)：制造時(shí)可以調(diào)節(jié)兩段敏感柵的絲長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)對(duì)某種材料的試件獲得較好的溫度補(bǔ)償效果。,,兩種串接的電阻絲具有相同符號(hào)的溫度系數(shù)，其結(jié)構(gòu)及電橋連接方式如圖所示。 適當(dāng)調(diào)節(jié) R1和 R2的長(zhǎng)度比和外接電阻 RB之值，使之滿足條件：,3）雙金屬半橋片,優(yōu)點(diǎn)：通過調(diào)節(jié)RB值，不僅可以使

26、熱補(bǔ)償效果最優(yōu)，而且適用于不同線膨脹系數(shù)的被測(cè)試件。,測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測(cè)試件的表面,稱為工作應(yīng)變片R1 ；一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片R2。在工作過程中，補(bǔ)償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。,4）電橋補(bǔ)償法,當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1與R2接入電橋相鄰臂上，R1和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即,當(dāng)溫度升高或降低Δt時(shí)，選擇R1=R2=R及R3=R4=r，若ΔR

27、1t=ΔR2t，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，則電橋的輸出電壓為,當(dāng)被測(cè)試件受應(yīng)變作用時(shí)，工作片R1感受應(yīng)變，阻值變化ΔR1；而補(bǔ)償片R2不承受應(yīng)變，阻值不變。這時(shí)電橋輸出電壓為,電橋輸出電壓U0 ， 只與應(yīng)變?chǔ)庞嘘P(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，可在較大溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償。缺點(diǎn)：條件不易滿足；尤其在溫度場(chǎng)梯度大的測(cè)試條件下很難處于相同溫度點(diǎn)。,根據(jù)被測(cè)試件承受應(yīng)變的情況，有時(shí)也可不另加專門的補(bǔ)償塊，補(bǔ)償片直接貼在被測(cè)試件上。這樣既能起到溫度

28、補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏度。,梁受彎曲應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時(shí)，兩應(yīng)變片阻值變化的符號(hào)相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康摹?構(gòu)件受單向應(yīng)力,構(gòu)件受單向應(yīng)力時(shí)，工作片R2的軸線順著應(yīng)變方向，補(bǔ)償片R1的軸線和應(yīng)變方向垂直。,E,R2,R4,R1,,,,,,,,,,,,,熱敏電阻補(bǔ)償法,USC,,,Rt,,5）熱敏電阻補(bǔ)償法,&

29、#167;2.2.3 電阻應(yīng)變片的型號(hào)代碼,某一應(yīng)變片：BX120-3HA100(11),B：應(yīng)變片類型，如箔式(B)、絲繞式(S)、短接式(D)、半導(dǎo)體式(A)、特殊用途(T)等,X: 基底材料種類，如紙(Z)、環(huán)氧類(H) 、聚酯類(J) 、聚氨酯(X)、酚醛類(F) 、聚酰亞胺類(A) 、 玻璃纖維布浸膠(B) 、金屬片類(P) 、臨時(shí)基類等(L),120: 標(biāo)稱電阻值，60、120、350、500Ω,3：應(yīng)變片

30、柵長(zhǎng)(mm)，如1、3、5、8、12、50和150mm等,HA：敏感柵結(jié)構(gòu)形狀，如單軸片( AA)、45°雙聯(lián) ( HA) 、半橋 ( GB) 、全橋 ( FG) 、圓片( KA),100：極限工作溫度(℃),11：可進(jìn)行溫度自補(bǔ)償?shù)牟牧系木€膨脹系數(shù)，單位為×10-6/℃，如9(鈦)、11(銅)、16(不銹鋼)、 23( 鋁)、27(鎂)等。,BF120-6.35AA(27),,應(yīng)變電橋,

31、§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,,直流電橋的聯(lián)接方式：,R4,R3,一、直流電橋 1、平衡條件,當(dāng)RL→∞時(shí)，電橋輸出電壓,當(dāng)電橋平衡時(shí)，U0=0，R1 R4 = R2 R3或R1/R2 =R3/R4,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,若R1由應(yīng)變片替代，當(dāng)電橋開路時(shí)，不平衡電橋輸出的電壓為,,2、電壓靈敏度,設(shè)橋臂比n=R2/R1，ΔR1<<R1有,① 電壓靈敏度KU正比于供橋電壓，供電電壓越高，靈敏

32、度越高，但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制，要作適當(dāng)選擇。,當(dāng)供橋電壓和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂阻值大小無(wú)關(guān)。,② 電壓靈敏度是橋臂比的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比的值，保證有高的電壓靈敏度。,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,③ 在當(dāng)供橋電壓E確定后，當(dāng)n=1即R1= R2、R3= R4時(shí)，電橋的靈敏度最高。,（1）非線性誤差 絕對(duì)非線性誤差 實(shí)

33、際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差。 相對(duì)非線性誤差 絕對(duì)非線性誤差與理想的線性特性曲線的比。,3、非線性誤差及補(bǔ)償方法,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,實(shí)際輸出電壓U0與ΔR1/R1的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為 ：,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,若四等臂電橋，即 R1=R2=R3=R4則非線性誤差為,討論：非線性誤差是否能滿足測(cè)量要求？,對(duì)于一般應(yīng)

34、變片來(lái)說，所受應(yīng)變?chǔ)磐ǔＴ?×10-3以下。,（1）若取K=2, 則ΔR1/R1=Kε=0.01, 代入上式計(jì)算得非線性誤差為0.5%;,（2）若K=130, ε=1×10-3時(shí), ΔR1/R1=0.130, 則得到非線性誤差為6%。,結(jié)論：K較小時(shí)，非線性誤差能滿足測(cè)量要求；當(dāng)K↑到某值時(shí)，非線性誤差已不能滿足測(cè)量要求。,必須予以減小和克服非線性誤差。,如何解決？,,① 提高橋臂比 橋臂比的提高可使非線

35、性誤差減小。但電橋電壓靈敏度降低。為了不降低電壓靈敏度，必須適當(dāng)提高供橋電壓。,（2）減小或消除非線性誤差的方法,② 采用差動(dòng)電橋——半橋 為了減小和克服非線性誤差，常采用差動(dòng)電橋。 在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變。 橋臂電阻R1和R2都由應(yīng)變片替代，接入電橋相鄰橋臂，這種接法稱為半橋差動(dòng)電路。,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,② 采用差動(dòng)電橋——半橋,結(jié)論： U

36、0 與ΔR1/R1 成線性關(guān)系，半差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差；電壓靈敏度，比使用單只應(yīng)變片提高了一倍。,當(dāng)電橋開路時(shí)，不平衡電橋輸出的電壓為,,溫度補(bǔ)償作用,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,③采用差動(dòng)電橋——全橋 電橋四臂接入四片應(yīng)變片，即兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變。兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上，構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。若滿足ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4則輸出電壓為,全橋差動(dòng)電橋也無(wú)非線性誤差；電壓敏度是使用單只

37、應(yīng)變片的4倍，比半橋差動(dòng)提高了一倍。,溫度補(bǔ)償作用,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,（1）相減特性：相鄰兩橋 臂上應(yīng)變片阻值的變 化大小相等、符號(hào)一 致時(shí)，或者相對(duì)兩橋 臂上應(yīng)變片阻值的變 化大小相等、符號(hào)相 反時(shí)，對(duì)橋路的輸出 電壓沒有影響。,小結(jié)：電橋的基

38、本特性,（2）相加特性：相鄰兩橋臂上應(yīng)變片阻值的變化大 小相等、 符號(hào)相反時(shí)，或者相對(duì)兩橋臂上應(yīng)變 片阻值的變化大小相等、符號(hào)相同時(shí)，橋路的 輸出電壓是半橋單臂的二倍，電橋的靈敏度是 半橋單臂的二倍。,（3）倍增特性：相鄰兩橋臂上應(yīng)變片阻值的變化大 小相等、符號(hào)相反時(shí)，同時(shí)相對(duì)兩橋臂上應(yīng)變片阻值的變化大小相等、符號(hào)相同時(shí)，橋路的輸出電壓是半橋單臂的四倍，電橋

39、的靈敏度是半橋單臂的四倍。,采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式傳感器,例1.一應(yīng)變片的電阻R=120Ω，k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)?00μm/m的傳感元件。（1）求ΔR和ΔR/R；（2）若電源電壓U=3V，求初始平衡時(shí)惠斯登電橋的輸出電壓。,,,解：（1）電阻應(yīng)變片的靈敏度定義為,,（2）初始平衡時(shí)惠斯登電橋的輸出電壓為,,④采用恒流源電橋 產(chǎn)生非線性的原因之一是在工作過程中，由于產(chǎn)生ΔR變化，使通過橋臂的電流不恒定，若用恒流源供電，如

40、圖： 供電電流為I，通過各臂的電流為I1和I2，ΔR1=0時(shí)：,,,,,,R1+ΔR1,R2,U0,,,R3,R4,,,I1,I2,,I,,,,,,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,若電橋初始處于平衡狀態(tài)，而且R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)?shù)谝槐垭娮鑂1變?yōu)镽+ΔR時(shí)，電橋輸出電壓為：,由此可見，分母中的ΔR被 4R 除，與恒壓源相比，非線性誤差減小1/2。所以半導(dǎo)體應(yīng)變電橋一般采用恒流源供電。,不平衡電橋在測(cè)量前，

41、往往都要求電橋滿足電橋平衡條件，即電橋輸出為零。由于受連接導(dǎo)線的電阻的影響，橋臂電阻（檢測(cè)元件）在起始電阻下電橋并不平衡，因此一般還需設(shè)置零點(diǎn)平衡調(diào)整電路，以便在測(cè)量前，通過調(diào)整使電橋輸出為零。,對(duì)于直流電橋，采用電阻平衡調(diào)零。常用的電阻平衡調(diào)零電路有串聯(lián)電阻平衡調(diào)零電路和并聯(lián)電阻平衡調(diào)零電路兩種。,4、不平衡電橋的調(diào)零,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,串聯(lián)電阻平衡調(diào)零電路如圖所示，它是在電橋兩橋臂電阻之間接入一可調(diào)電阻R

42、5，輸出電壓由可調(diào)電阻R5的滑動(dòng)觸點(diǎn)引出，通過調(diào)整R5使電橋輸出為零。,可調(diào)電阻R5的電阻值可按下式確定：式中 Δr1——橋臂電阻R1與R2的偏差； Δr3——橋臂電阻R3與R4的偏差。,,并聯(lián)電阻平衡調(diào)零電路如圖所示，它是在電橋兩對(duì)角之間接入一可調(diào)電阻R5，在另一角與R5的滑動(dòng)觸點(diǎn)之間接入一固定電阻R6，通過調(diào)整R5使電橋輸出為零。,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,調(diào)零能力的大小取決于R6，R6越

43、小，調(diào)零能力就越大，但R6太小會(huì)給測(cè)量帶來(lái)較大的誤差，因此只能在保證測(cè)量精確度的前提下，R6盡量選小一些。,R6的值可按下式確定：式中，Δr1、Δr3的含義同上式。R5的阻值大小可取與R6相同。,,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,交流電橋輸出電壓為,橋路平衡條件為,二、交流電橋 1、交流電橋平衡條件,橋臂阻抗: Z= r+jx = zexp(jφ),§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,當(dāng)Z1=Z2=Z3=

44、Z4時(shí)，不同電橋輸出：,② 半橋差動(dòng)電路,③ 全橋差動(dòng)電路,2、交流電橋的不平衡狀態(tài),,,,,① 單臂交流電橋,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,引線產(chǎn)生的分布電容的容抗、電源頻率及應(yīng)變片的性能差異，交流電橋的初始平衡條件和輸出特性都受到嚴(yán)重影響，因此電橋要預(yù)調(diào)平衡。,,交流電橋的平衡可用電阻調(diào)整和電容調(diào)整或阻容調(diào)整的方法。,3、交流電橋的調(diào)平方法,§2.3 電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路,交流電橋在結(jié)構(gòu)形式上與直流電橋相似，主

45、要區(qū)別在于所采用的電源不同。由于交流電橋采用的是交流電源，各個(gè)橋臂表現(xiàn)為阻抗性質(zhì)，輸出也為交流。,對(duì)直流電橋的討論，基本上都適用于交流電橋。在有關(guān)的各個(gè)式子中，只要將一些量適當(dāng)更改即可。 電阻R更改為阻抗電阻相對(duì)變化r更改為阻抗相對(duì)變化輸出電壓Uo更改為電源電壓Us更改為,,,,3．交流電橋與直流電橋的異同,§3.2 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路,在實(shí)際測(cè)量中，至于是采用直流電橋還是交流電橋，主要由檢測(cè)元件的阻抗性質(zhì)和使用

46、環(huán)境條件來(lái)決定。若檢測(cè)元件為阻抗元件（即包含有電感、電容），則必須采用交流電橋；若檢測(cè)元件為純電阻元件，則既可采用直流電橋，也可采用交流電橋。,若采用直流電橋，電源為直流，橋路輸出為直流信號(hào)，抗干擾性能較好，但必須采用直流放大器，電路較復(fù)雜；若采用交流電橋，電源為交流，橋路輸出為交流信號(hào)，可采用交流放大器，電路較簡(jiǎn)單，但抗干擾性能較差。,3．交流電橋與直流電橋的異同,§3.2 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路,一、應(yīng)變式傳感器的特點(diǎn)

47、1、優(yōu)點(diǎn),§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化；結(jié)構(gòu)輕，對(duì)試件影響小,⑤,,商品化,⑥,概念：被測(cè)物理量為荷重或力的應(yīng)變式傳感器時(shí)，統(tǒng)稱為應(yīng)變式力傳感器。用途：各種電子稱與材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力元件、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測(cè)等。 特點(diǎn)：應(yīng)變式力傳感器要求有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，在受到側(cè)向作用力或力的作用點(diǎn)少量變化時(shí)，不應(yīng)對(duì)輸出有明顯的影響。,二、應(yīng)變式力（荷重）傳感器,常見種類：1、柱（筒）式力

48、傳感器 2、懸臂梁式力傳感器3、輪輻式力傳感器,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,柱筒力傳感器 —— 有空心（筒形）、實(shí)心（柱形）兩種。 在圓筒（柱）上按一定方式粘貼應(yīng)變片，圓筒（柱）在外力作用下產(chǎn)生形變。對(duì)實(shí)心圓柱，外力F 作用時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋?式中：L 為彈性元件的長(zhǎng)度；E 為彈性模量； S 為彈性元件的橫截面積；應(yīng)力σ= F/S ；應(yīng)變與力成正比關(guān)系，要提高變換靈敏度必須減小橫截面積S，

49、但S 小抗彎能力差易產(chǎn)生橫向干擾；為解決這一矛盾多采用空心圓筒，空心圓筒在同樣橫截面積情況下橫向剛度大。,二、應(yīng)變式力（荷重）傳感器 1、柱（筒）式力傳感器,實(shí)心圓柱 H ≥ 2D + L 空心圓柱 H ≥ D-d+L,試驗(yàn)研究結(jié)果建議選用以下公式：,柱式力傳感器稱重荷重，量程在0.1～100噸之間，國(guó)產(chǎn)有 BLR-1型測(cè)拉力、BHR型測(cè)荷重傳感器;火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架都采用空心圓柱結(jié)構(gòu)。,H—柱高, D—外徑, d—空

50、心內(nèi)徑, L—應(yīng)變片基長(zhǎng),§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,柱筒式力傳感器，應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分。應(yīng)變片對(duì)稱地粘貼多片，電橋接線時(shí)考慮盡量減小載荷偏心和彎矩影響。橫向貼片可提高靈敏度并作溫度補(bǔ)償用。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,BLR—1型拉力傳感器,基于柱（筒）式結(jié)構(gòu)的力傳感器,（1）等截面梁,2、懸臂梁式力傳感器,（3）其他形式梁,（2）等強(qiáng)度梁,雙彎曲梁,固定梁,§2.4 應(yīng)變式

51、傳感器的應(yīng)用,,因?yàn)閼?yīng)變片的應(yīng)變大小與力作用的距離有關(guān)，所以應(yīng)變片應(yīng)貼在距固定端較近的表面，順梁的方向貼上下各貼兩只。四個(gè)應(yīng)變片組成全橋，上面兩個(gè)受壓時(shí)下面兩個(gè)受拉。保證對(duì)臂同極性、鄰臂反極性連接。這種傳感器適用于中等荷重，測(cè)量500Kg以下荷重。,（1）等截面梁懸臂梁的橫截面積處處相等。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,,,當(dāng)力作用在自由端時(shí)，梁任何位置上距作用點(diǎn)應(yīng)力相等，應(yīng)變片的應(yīng)變大小為：,為梁的長(zhǎng)度，當(dāng)力作用在

52、自由端時(shí)，梁表面產(chǎn)生的應(yīng)變相等。對(duì)應(yīng)變片粘貼位置要求不嚴(yán)，使用更為方便。,（2）等強(qiáng)度梁懸臂梁長(zhǎng)度方向的截面積按一定規(guī)律變化，當(dāng)力作用在自由端時(shí)，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應(yīng)力相等，表面上的應(yīng)變也相等。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,各種形式的應(yīng)變梁應(yīng)用于不同場(chǎng)合,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,各種平行雙孔梁,各種形式的應(yīng)變梁，雙孔梁多用于盤秤,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,各種形式的應(yīng)變梁，S梁、工字梁多用于吊秤

53、。,S 型拉力梁,彎曲環(huán)式,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,輪輻式傳感器結(jié)構(gòu)主要由五個(gè)部分組成：輪轱、輪圈、 輪輻條、受拉和受壓應(yīng)變片；通過測(cè)量輪輻條對(duì)角線方向(450)的線應(yīng)變測(cè)力。 8個(gè)應(yīng)變片分別粘貼在四個(gè)輪輻條的正反兩面組成全橋。,側(cè)視,俯視,3、輪輻式測(cè)力傳感器（剪切力）,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,膜片式傳感器的彈性敏感元件是一個(gè)圓形的金屬膜片，應(yīng)變片粘貼在膜片上。金屬元件的膜片周

54、邊被固定。當(dāng)膜片一面受壓力P作用時(shí)，膜片上有徑向應(yīng)變?chǔ)舝和切向應(yīng)變?chǔ)舤 。,式中： r —— 膜片半徑 h —— 膜片厚度 E —— 膜片彈性模量 μ—— 膜片泊松比 x —— 任意點(diǎn)離圓心距離,P,應(yīng)變值分別為：,三、膜片式壓力傳感器（氣體壓力）,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,膜片中心處，x = 0 ， εr與 εt 都達(dá)到正的最大值， 這時(shí)切向應(yīng)變和徑向應(yīng)變?yōu)椋?

55、 膜片邊緣處 x = r , 切向應(yīng)變?chǔ)舤 = 0 , 徑向應(yīng)變?chǔ)舝 達(dá)到負(fù)的最大值。徑向應(yīng)變?chǔ)舝 = 0 處的位置？ 在距圓心 的圓環(huán)附近。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,根據(jù)應(yīng)力分布粘貼四個(gè)應(yīng)變片，R2、R3粘貼在正的最大區(qū)域， R1、R4粘貼在負(fù)的最大區(qū)域， 即粘貼在 r = 0.58

56、的內(nèi)外兩側(cè)。R1、R4測(cè)量徑向應(yīng)變?chǔ)舝（負(fù)），R2、R3測(cè)量切向應(yīng)變?chǔ)舤（正），四個(gè)應(yīng)變片組成全橋，即可增大傳感器的靈敏度又起到溫度補(bǔ)償作用。傳感器一般可測(cè)量105～106 Pa 的壓力。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,基本結(jié)構(gòu)：由懸臂梁、應(yīng)變片、質(zhì)量塊、機(jī)座外殼組成。懸臂梁（等強(qiáng)度梁）自由端固定質(zhì)量塊，殼體內(nèi)充滿硅油，產(chǎn)生必要的阻尼。,四、應(yīng)變式加速度傳感器,基本原理：當(dāng)殼體與被測(cè)物體一起作加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸臂梁在質(zhì)量

57、塊的慣性作用下作反方向運(yùn)動(dòng)，使梁體發(fā)生形變，粘貼在梁上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化。通過測(cè)量阻值的變化求出待測(cè)物體的加速度。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,,應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動(dòng)和沖擊場(chǎng)合， 一般適用頻率為10~60Hz范圍。,§2.4 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,半導(dǎo)體應(yīng)變片又稱為壓阻式傳感器。基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。,壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。

58、,半導(dǎo)體材料敏感條電阻率的相對(duì)變化值與其在軸向所受的應(yīng)力之比為一常數(shù)。即,一、半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng),當(dāng)半導(dǎo)體材料受軸向力作用時(shí)，電阻相對(duì)變化為,,πl(wèi)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。式中1+2μ項(xiàng)隨幾何形狀而變化，πl(wèi)E項(xiàng)為壓阻效應(yīng)，隨電阻率而變化。,幾何形狀,,壓阻效應(yīng),,§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,實(shí)驗(yàn)證明πl(wèi)E比1+2μ大近百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)：,半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式的高50～80倍，但

59、半導(dǎo)體材料的溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重，使應(yīng)用范圍受到一定的限制。,半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)：體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)范圍寬，輸出幅值大，不需要放大器，可直接與記錄儀連接，使測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單。,§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,1、體型半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體按一定方向切割成片狀小條，經(jīng)腐蝕壓焊粘貼在基片上制成。,體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),二、半導(dǎo)體應(yīng)變片的類型,體型、薄膜型和擴(kuò)散型等。,§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳

60、感器,通過薄膜制備技術(shù)，在帶有絕緣層的試件上沉積半導(dǎo)體材料薄膜而制成。,2、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片,薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,P型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅單晶基底上，形成一層極薄的P型導(dǎo)電層，再通過超聲波和熱壓焊法接上引出線就形成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。,3、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片,擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,將制作成一定形狀的N型單晶硅作為彈性元件，選擇一定的晶向，通過半導(dǎo)體

61、擴(kuò)散工藝在硅基底上擴(kuò)散出4個(gè)P型電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個(gè)橋臂，從而實(shí)現(xiàn)了彈性元件與變換元件一體化，這樣的敏感器件稱為壓阻式傳感器。壓阻式傳感器主要用于測(cè)量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。,三、壓阻式傳感器,§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,壓阻式傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)：頻率響應(yīng)高，f0可達(dá)1.5M；體積小、耗電少、靈敏度高，可測(cè)量到0.1%的精確度；無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。壓阻式傳感器缺點(diǎn)： 溫度特性差；工藝復(fù)雜；,微型硅壓力傳

62、感器,四、壓阻式傳感器的特點(diǎn),§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,五、壓阻式傳感器的應(yīng)用,壓阻式傳感器應(yīng)用領(lǐng)域： 航空工業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處的動(dòng)壓； 生物醫(yī)學(xué)，體內(nèi)壓力測(cè)量，心、顱、眼等； 兵器工業(yè)，槍炮腔內(nèi)壓力，爆炸力，沖擊波測(cè)量； 防爆檢測(cè)，壓阻傳感器所需電流小，在可燃?xì)怏w許可值之下，是理想的防爆壓力傳感器。,§2.5 半導(dǎo)體壓阻式傳感器,本章要點(diǎn)：,電阻式傳感器的基

63、本原理，轉(zhuǎn)換電路。了解不同電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)、性能、靈敏度差別，分別使用在哪些場(chǎng)合；如何通過電阻式傳感 器測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)；金屬箔式應(yīng)變片：直流單臂、半橋、全橋比較；應(yīng)用測(cè)量電路，交流全橋、電子秤。,應(yīng)變片—金屬絲拉長(zhǎng)，電阻增加，反之減少。 電橋電路—平衡條件：R1R4=R2R3； 用途：求未知電阻值，記錄電阻變化率、溫度補(bǔ)償； 歐姆定律、基爾霍夫定律：計(jì)算電路電壓、電流。 應(yīng)變（力傳感器

64、）—貼在試件上（彈性元件）的應(yīng)變片 的電阻變化率與應(yīng)變成比例。 半導(dǎo)體壓力傳感器可獲得比金屬大100倍以上的電阻變 化。 利用應(yīng)變的傳感器有荷重、壓力、形變、粘度傳感器。,本章小結(jié)：,1、采用四片相同的金屬絲應(yīng)變片（K=2），將其貼在實(shí)心圓柱形測(cè)力彈性元件上。力F＝1000kg。圓柱斷面半徑r=1cm，E=2×107N/cm2,μ=0.3。求：（1）畫出應(yīng)變片在圓柱上貼粘位置和相應(yīng)測(cè)量橋路原理圖；（