傳感器2.1 應變式傳感器d

1、整理課件12.1 2.1 電阻應變計的基本原理與結構電阻應變計的基本原理與結構2.2 2.2 電阻應變計的主要特征電阻應變計的主要特征2.3 2.3 電阻應變計的溫度效應及其補償電阻應變計的溫度效應及其補償2.4 2.4 電阻應變計的應用電阻應變計的應用2.5 測量電路測量電路2.6 電阻應變計式傳感器電阻應變計式傳感器2.7 壓阻式傳感器壓阻式傳感器返 回2.1.1 2.1.1 導電材料的應變電阻效應導電材料的應變電阻效應長為長為 , ,截面積為截面積為A A，電阻率為，電阻率為的固態(tài)導體的固態(tài)導體的電阻為：的電阻為：l返 回AlR當它受到當它受到軸向軸向力力F而被拉伸而被拉伸(或壓縮或壓縮

2、)時，其時，其、Al均發(fā)生變化。均發(fā)生變化。（2-1）整理課件3 橫截面為橫截面為A的物體的物體(金屬絲金屬絲)受到外力受到外力F的作用并處的作用并處于平衡狀態(tài)時，物體在單位面積上引起的內力稱為應于平衡狀態(tài)時，物體在單位面積上引起的內力稱為應力力，即，即:AF 應變是表征物體受外力作用時產生相對變形大小應變是表征物體受外力作用時產生相對變形大小的無量綱物理量。設物體原長為的無量綱物理量。設物體原長為l,受力后產生受力后產生l的形的形變，相應的應變變，相應的應變?yōu)椋簽椋簂l 當縱當縱(軸軸)向受力時產生的縱向受力時產生的縱(軸軸)向應變?yōu)橄驊優(yōu)閤、橫、橫(徑徑)向應變?yōu)橄驊優(yōu)閥，則，則：xy

3、xyrr（為泊松比為泊松比） 由胡克定律：當應力由胡克定律：當應力未超過某一極限未超過某一極限值時，應力值時，應力與應變與應變成正比，即：成正比，即：E（E為彈性模量為彈性模量）相關概念：相關概念： 泊松比指在材料的比例極限內，由均勻泊松比指在材料的比例極限內，由均勻分布的縱向應力所引起的橫向應變與相應的分布的縱向應力所引起的橫向應變與相應的縱向應變之比的絕對值縱向應變之比的絕對值 。整理課件4;/1/10116mmmmmmldl常用單位材料的軸向線應變，式中，5 . 03 . 0,22一般金屬為為材料的泊松比rdrAdAdAdAldlRdR導體導體電阻電阻隨隨應變應變發(fā)生變化，其相對變化量發(fā)

4、生變化，其相對變化量(求導數求導數)為：為：（2-2）（xyrr由此可得：由此可得：dRdR)21 (（2-3）整理課件5金屬材料的應變電阻效應：金屬材料的應變電阻效應： 實驗發(fā)現：實驗發(fā)現：VdVCd其中，其中，C是由一定的材料和加工方法決定的常數；是由一定的材料和加工方法決定的常數； V為體積。為體積。)21 ( AdAldlVdVAlV又（2-4）敏系數為金屬絲材料的應變靈則有：故可取由于mmKKCRRdRRRR)21()21(, 上式表明，金屬材料的電阻相對變化與其上式表明，金屬材料的電阻相對變化與其(軸向軸向)線應變成正比，這就是金屬材料的線應變成正比，這就是金屬材料的應變電阻效應。

5、應變電阻效應。（2-5）整理課件62. 半導體材料的應變電阻效應半導體材料的應變電阻效應應變的比例常數軸應力和軸表示。半導體材料的彈性模量的壓阻系數；半導體材料在受力方向；作用于材料的軸向應力式中，：半導體材料的壓阻效應)向縱()向縱(EEEd（2-6）將（將（2-6）代入（）代入（2-3），得到：），得到：敏系數為半導體材料的應變靈ssKKERR)21(整理課件7綜合綜合(2-5)、(2-6)式得到導電絲材料的應變電阻效應為：式得到導電絲材料的應變電阻效應為：敏系數為導電絲材料的應變靈00,KKRR應以結構尺寸變化為主，可見金屬應變電阻效則：的部分為：由電阻率隨應變而變化）何尺寸變化所致的（

6、一般由受力后金屬絲幾對于金屬材料，0 . 24 . 0)21 (; 6 . 121)21 ()21 (00mmKKCCKKmsmKKEmNENmEEKK10021)13065(/1067.1,/10804021)21 (2112110主電阻效應以壓阻效應為可見半導體材料的應變）（）（通常應所致的部分為：由半導體材料的壓阻效）的（料的幾何尺寸變化所致一般由受力后半導體材對于半導體材料，整理課件82.1.2 電阻應變計的結構和類型電阻應變計的結構和類型應變計的結構應變計的結構金屬絲式：金屬絲式：回線式、短接式 金屬箔式金屬箔式金屬薄膜式金屬薄膜式位移、力、力矩、加速度、壓力彈性敏感元件 應變 外力

7、作用 被測對象表面(貼應變片)產生微小機械變形應變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應變化 上一頁返 回下一頁 金屬電阻絲應變片的基本結構 1-基底；2-敏感柵；3-覆蓋層；4-引出線 敏感柵：敏感柵： 直徑為直徑為0.025mm左右的合金電阻絲左右的合金電阻絲整理課件102. 應變計的類型應變計的類型金屬應變計和半導體應變計，常見的類型如下：金屬應變計和半導體應變計，常見的類型如下：整理課件11l應變片在未經安裝也不受外力情況下，于室溫應變片在未經安裝也不受外力情況下，于室溫下測得的電阻值為標稱值下測得的電阻值為標稱值R l電阻系列：電阻系列：60、120、200、350、500、1000 可以加

8、大應變片可承受的電壓，可以加大應變片可承受的電壓， 電阻值電阻值R大大 輸出信號大，輸出信號大， 敏感柵尺寸也增大敏感柵尺寸也增大 上一頁下一頁返 回整理課件132.2.1 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 當施加于應變計上的應變不隨時間變化或當施加于應變計上的應變不隨時間變化或變化緩慢時，應變計的輸出特性。變化緩慢時，應變計的輸出特性。1、靈敏系數、靈敏系數(K)xKRRyx式中式中x x為應變計軸向應變?yōu)閼冇嬢S向應變整理課件14為應變計的靈敏系數。xRRK K表示：安裝在被測試件表示：安裝在被測試件(彈性敏感元件彈性敏感元件)上的應上的應變計，在其軸向受到單向應力時引起的電阻相對變化變計，在其軸向受到單

9、向應力時引起的電阻相對變化量與軸向應變之比。量與軸向應變之比。 K并不等于構成應變計的敏感柵整長應變絲的靈并不等于構成應變計的敏感柵整長應變絲的靈敏系數敏系數K0,一般一般K K0，原因：，原因：粘結層傳遞變形失真粘結層傳遞變形失真還存在有橫向效應還存在有橫向效應 整理課件15 應變計的靈敏度在應變計的靈敏度在規(guī)定條件規(guī)定條件下通過實測確定下通過實測確定即即應變計的標定。應變計的標定。K稱為標定靈敏系數。稱為標定靈敏系數。 上述上述規(guī)定條件規(guī)定條件為：為： 試件材料取試件材料取 0 0=0.285=0.285的鋼；的鋼； 試件單向受力；試件單向受力； 應變計軸向與主應力方向一致。應變計軸向與主

10、應力方向一致。橫向效應和橫向效應系數橫向效應和橫向效應系數(H)yxy整理課件16總的電阻相對變化量為：總的電阻相對變化量為：xxyyxxHKKKRR)1( 雙向應變靈敏系數比雙向應變比；橫向靈敏系數縱向靈敏系數式中：xyxyyxKKHaKK(2-10)(1) 在標定條件下，有在標定條件下，有xxxKHKRR)1(0則：,0a(2-11) 可見，在可見，在單向應力、雙向應變單向應力、雙向應變條件下，條件下，橫向橫向應變應變總起著總起著抵消縱向抵消縱向應變的作用。應變的作用。 應變計這種既感受縱向應變計這種既感受縱向應變又同時感受橫向應變而使靈敏系數減小的現象，應變又同時感受橫向應變而使靈敏系數

11、減小的現象，稱為稱為橫向效應橫向效應。其大小用。其大小用橫向效應系數橫向效應系數(H)表示：表示：%100 xyKKH由上式可以得到以下幾點結論；由上式可以得到以下幾點結論；整理課件17(2)由于橫向效應的存在，在非標定條件下由于橫向效應的存在，在非標定條件下(試件材料試件材料0.285；應變計軸向與主應力方向不一致。應變計軸向與主應力方向不一致。)若仍若仍用標定靈敏系數用標定靈敏系數K進行測量將產生較大誤差，引起進行測量將產生較大誤差，引起相相對誤差對誤差為：為：)(100aHHe 若單向應力方向與應變計軸向一致，則有若單向應力方向與應變計軸向一致，則有a=- ,則則上式變?yōu)椋荷鲜阶優(yōu)椋?(

12、100HHe(2-13)(2-14) 由此可見，減小由此可見，減小H就能減小橫向效應產生的誤差。就能減小橫向效應產生的誤差。 理論分析和實驗表明：理論分析和實驗表明：對絲繞式應變計，縱柵愈對絲繞式應變計，縱柵愈長，橫柵愈短，則長，橫柵愈短，則H愈小。愈小。整理課件183.機械滯后機械滯后(Zj) 指粘貼在試件上的應變計，在恒溫條件下指粘貼在試件上的應變計，在恒溫條件下,增增(加加載載)、減、減(卸載卸載)應變的過程中，對應同一機械應變所指應變的過程中，對應同一機械應變所指示應變量示應變量(輸出輸出)之差值。室溫下要求：之差值。室溫下要求：Zj310。 實測中，可在測試前通過多次重復預加、卸載，

13、實測中，可在測試前通過多次重復預加、卸載，來減小機械滯后產生的誤差。來減小機械滯后產生的誤差。整理課件194. 蠕變蠕變()和零漂和零漂(P0) 蠕變是粘貼在試件上的應變計，在恒溫條件下蠕變是粘貼在試件上的應變計，在恒溫條件下,指指示應變量隨時間單向變化的特性。示應變量隨時間單向變化的特性。 反映了應變計在長時間工作中對時間的穩(wěn)定性。反映了應變計在長時間工作中對時間的穩(wěn)定性。要求要求315 。 產生原因是制作應變計時內部產生的內應力和工產生原因是制作應變計時內部產生的內應力和工作中出現的剪應力，使絲柵、基底，尤其是膠層之間作中出現的剪應力，使絲柵、基底，尤其是膠層之間產生的滑移所致。產生的滑移

14、所致。 零漂指當試件初零漂指當試件初始空載時，應變計示始空載時，應變計示值仍會隨時間變化的值仍會隨時間變化的現象。機理和蠕變相現象。機理和蠕變相同同整理課件20 在恒溫條件下，使應變計輸出的非線性誤差達到在恒溫條件下，使應變計輸出的非線性誤差達到10%時的真實應變值，稱為時的真實應變值，稱為應變極限應變極限。 應變極限是衡量應變計測量范圍和過載能力的指標應變極限是衡量應變計測量范圍和過載能力的指標，通常要求，通常要求lim 8000 8000 。 影響影響lim 的主要因素及改善措施與蠕變基本相同。的主要因素及改善措施與蠕變基本相同。 5、應變極限、應變極限(lim) 應變計的線性特性只在一定

15、的應變范圍內保持。應變計的線性特性只在一定的應變范圍內保持。整理課件212.2.3 評定應變計主要特性的精度指標評定應變計主要特性的精度指標見書見書P42表表2-42.2.2 動態(tài)特性動態(tài)特性1. 對正弦應變波的響應對正弦應變波的響應2. 對階躍應變波的響應對階躍應變波的響應3. 疲勞壽命疲勞壽命整理課件222.3 電阻應變計的溫度效應及其補償電阻應變計的溫度效應及其補償 2.3.1 溫度效應及其熱輸出溫度效應及其熱輸出 由于由于溫度的變化溫度的變化引起應變計電阻變化的現象，稱引起應變計電阻變化的現象，稱為應變計的溫度效應。它由兩部分組成：為應變計的溫度效應。它由兩部分組成： 1、 當工作溫度

16、變化當工作溫度變化t 時，敏感柵材料電阻溫時，敏感柵材料電阻溫度系數為度系數為t，則引起的電阻變化為：，則引起的電阻變化為：tRRRRttt 2、試件材料的線膨脹引起的誤差。當溫度變化、試件材料的線膨脹引起的誤差。當溫度變化t時，因試件材料線膨脹系數時，因試件材料線膨脹系數s和敏感柵材料線膨脹系數和敏感柵材料線膨脹系數 t不同，應變片將產生附加拉長不同，應變片將產生附加拉長(或壓縮或壓縮)，引起的電阻，引起的電阻變化為：變化為： tRKRKRtstt)(整理課件233. 總的電阻相對變化為：總的電阻相對變化為：)192()(tKtRRtst 相對應的熱輸出為相對應的熱輸出為:（溫度的影響以等效

17、應變（溫度的影響以等效應變 t 的的形式表示形式表示)202()(1ttKKRRtstt整理課件24溫度自補償法溫度自補償法 這種方法是通過精心選擇敏感柵材料與結構這種方法是通過精心選擇敏感柵材料與結構參數來實現熱輸出補償。參數來實現熱輸出補償。 粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當溫度變化時，產生的溫度變化時，產生的附加應變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒郊討優(yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應這種應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應變片來實現溫度補償的方法稱為應變片自補償法變片來實現溫度補償的方法稱為應變片自補償法。2.3.2 熱輸出補償方

18、法熱輸出補償方法 熱輸出補償就是消除熱輸出補償就是消除t t對實際被測應變量的干擾對實際被測應變量的干擾，常采用溫度自補償法和橋路補償法。，常采用溫度自補償法和橋路補償法。整理課件25優(yōu)點：容易加工，成本低，優(yōu)點：容易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄。缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄。 由式由式(2-20)可知，實現溫度補償的條件為可知，實現溫度補償的條件為 當被測試件的線膨脹系數當被測試件的線膨脹系數s已知已知時，通過時，通過選擇敏感選擇敏感柵材料柵材料， 使下式成立使下式成立即可達到溫度自補償的目的。即可達到溫度自補償的目的。)(tstK0)(1ttK

19、KRRtstt單絲自補償應變計單絲自補償應變計整理課件26(2) 雙絲自補償應變計雙絲自補償應變計R1R2組合自補償法敏感柵絲由兩種不同符號溫度系數敏感柵絲由兩種不同符號溫度系數(一正一負一正一負)的金屬絲串接組成的金屬絲串接組成 使溫度變化時產生的電阻變化滿足下式即可使溫度變化時產生的電阻變化滿足下式即可： t2t1RR 由上式可知，選定敏感柵材料后，通過由上式可知，選定敏感柵材料后，通過調節(jié)調節(jié)兩種敏感柵的兩種敏感柵的長長度度就可實現應變片的溫度自補償，可達就可實現應變片的溫度自補償，可達0.45m/0.45m/的高精度。的高精度。缺點是只能在選定試件上使用缺點是只能在選定試件上使用。21

20、1112221112221122211122)()()()(/RRKKKKRRRRRRRRRRggggtttt又有：由上式知：整理課件272. 橋路補償法橋路補償法 是利用電橋的和、差原理來達到補償的目的。是利用電橋的和、差原理來達到補償的目的。雙絲半橋法雙絲半橋法(1)敏感柵絲敏感柵絲由由兩種同符號兩種同符號溫度系數的金屬絲串接組成溫度系數的金屬絲串接組成U0R1R4R3URbR2R1為工作橋臂、為工作橋臂、(R2+Rb)為補償橋臂。為補償橋臂。Rb可調整但不感受應變和溫度?？烧{整但不感受應變和溫度。整理課件28 在溫度變化時，只要工作橋臂和補償橋臂的在溫度變化時，只要工作橋臂和補償橋臂的熱

21、輸熱輸出相等出相等(即電阻相對變化量相同即電阻相對變化量相同)，就能達到溫度補償，就能達到溫度補償的目的。即：的目的。即：bttRRRRR2211又因：又因：ttKRR111推得）由（22222222)()(RKRRRRKRRRttbtbt且且由此可得：由此可得：1)(1222221ttbbttRRRRR 該法的優(yōu)點是通過調節(jié)該法的優(yōu)點是通過調節(jié)Rb的值，不僅可以使熱補償的值，不僅可以使熱補償達到最佳狀態(tài)，而且適應于不同線膨脹系數的試件。達到最佳狀態(tài)，而且適應于不同線膨脹系數的試件。 缺點是對缺點是對Rb的精度要求高，且補償柵起著抵消工作的精度要求高，且補償柵起著抵消工作柵有效應變的作用，使輸

22、出靈敏度下降。柵有效應變的作用，使輸出靈敏度下降。整理課件29(2) 補償塊法補償塊法U0R1R4R3URbFFR1RbU0R1RR4R3URb+R)(3410RRRRAUB(Rb不感受應變不感受應變,只感受溫度只感受溫度)整理課件30l優(yōu)點：優(yōu)點： 簡單、方便，在常溫下補償效果較好，簡單、方便，在常溫下補償效果較好，l缺點：缺點： 要求兩應變片和兩彈性元件的特性完全相同；要求兩應變片和兩彈性元件的特性完全相同；在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情況，因作片與補償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補償效果。而影響補償效果。

23、整理課件312.4.1 應變計的選用應變計的選用l選擇類型選擇類型l材料考慮材料考慮l阻值選擇阻值選擇l尺寸選擇尺寸選擇l其他考慮其他考慮(1) 各種電阻應變計的應用特點見表各種電阻應變計的應用特點見表2-5整理課件32整理課件332.4.2 應變計的使用應變計的使用 應變計的使用性能不僅取決于應變計本身的質量，應變計的使用性能不僅取決于應變計本身的質量，而且和應變計的正確使用有很大的關系。主要是粘貼而且和應變計的正確使用有很大的關系。主要是粘貼質量；質量；粘結劑的選擇粘結劑的選擇(見見P46表表2-6)(1)(2) 應變計的粘貼應變計的粘貼整理課件342.5.1 應變電橋概述應變電橋概述 電

24、阻應變計把機械應變信號轉換成電阻應變計把機械應變信號轉換成R/RR/R后，由于應變量及其電阻變化都很微后，由于應變量及其電阻變化都很微小，既難以直接精確測量又不便直接處理。小，既難以直接精確測量又不便直接處理。因此，必須采用測量電路或專業(yè)儀器因此，必須采用測量電路或專業(yè)儀器電電阻應變儀，阻應變儀，把應變計的把應變計的R/RR/R變化成可用的變化成可用的電壓或電流輸出電壓或電流輸出。整理課件35圖圖213 典型的動態(tài)電阻應變儀組成原理框圖典型的動態(tài)電阻應變儀組成原理框圖1、電阻應變儀簡介、電阻應變儀簡介 電阻應變儀的主要功用是把應變電橋輸出的微電阻應變儀的主要功用是把應變電橋輸出的微小電壓調理到

25、可供顯示、記錄的程度。按應變小電壓調理到可供顯示、記錄的程度。按應變儀所能測量的應變工作頻率，可分為靜態(tài)、動儀所能測量的應變工作頻率，可分為靜態(tài)、動靜態(tài)、動態(tài)、超動態(tài)、遙測應變儀等多種類型靜態(tài)、動態(tài)、超動態(tài)、遙測應變儀等多種類型，但其結構原理基本相同。組成如圖：，但其結構原理基本相同。組成如圖：整理課件36 2. 應變電橋應變電橋 阻抗應變電橋如圖。阻抗應變電橋如圖。 當橋臂接入的是應變計當橋臂接入的是應變計時，稱為應變電橋。分單臂工時，稱為應變電橋。分單臂工作、雙臂作、雙臂(半橋半橋)工作、全臂工作、全臂(全全橋橋)工作電橋。工作電橋。測量電橋按如下方法分類：測量電橋按如下方法分類：按電源分

26、類有直流電橋、交流電橋。按電源分類有直流電橋、交流電橋。(2) 按工作方式分，平衡橋式電路按工作方式分，平衡橋式電路(零位測量法零位測量法)和不平和不平衡橋式電路衡橋式電路(偏差測量法偏差測量法)。(3) 按橋臂關系分，按橋臂關系分，對輸出端對稱電橋對輸出端對稱電橋(Z1=Z2,Z3=Z4); 對電源端對稱電橋對電源端對稱電橋(Z1=Z4,Z2=Z3); 半等臂半等臂(Z1=Z2,Z3=Z4)(1) 全等臂電橋全等臂電橋(Z1=Z3Z2=Z4)。 U0 Z1Z2Z3Z4U A B CD整理課件372.5.2 直流電橋及其輸出特性直流電橋及其輸出特性 R1R2R3R4UI0RLU0 A B CD

27、R1R3=R2R4 R1/R2=R4/R3 初始狀態(tài)初始狀態(tài)R1R3=R2R4電橋平衡電橋平衡,電橋輸出電壓或電流電橋輸出電壓或電流為零為零.根據負載的不同根據負載的不同要求要求,可分為電壓輸出可分為電壓輸出橋和電流輸出橋。橋和電流輸出橋。 平衡條件：平衡條件：整理課件381、電壓輸出橋的輸出特性、電壓輸出橋的輸出特性 當電橋后面接高輸入阻抗的放大器時當電橋后面接高輸入阻抗的放大器時, 電橋輸電橋輸出端可看成開路。電橋的輸出電壓表達式為：出端可看成開路。電橋的輸出電壓表達式為： URRRRRRRRU)(432142310 假使四個橋臂均用應變片，工作時各自電假使四個橋臂均用應變片，工作時各自電

28、阻變化阻變化Ri ，則：)()()(44332211442233110RRRRRRRRRRRRRRRRUU(2-26)(2-27)整理課件39采用采用等臂電橋等臂電橋，即，即R1= R2= R3=R4=R 。此時式此時式(2-27)可寫為可寫為)22)(22(22221)(4)221)(221 (4)()2)(2()(432143212422314321432124223143214321423143210RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRRUU整理課件40RRRRRRRRUU43210443

29、2104UKU(230)上式上式分母分母中的中的Ri / R是造成輸出是造成輸出U0非線性的因素非線性的因素,當當Ri R 時，時，略去略去上式中的上式中的分母中的分母中的Ri / R(即非線性部即非線性部分分)，則：，則： 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階高階微量微量，則：，則： 443322114433221102114RRRRRRRRRRRRRRRRUU(229)整理課件41 考慮采用考慮采用單臂工作單臂工作時，工作應變電阻時，工作應變電阻R1橋臂變化橋臂變化R1，R2為補償應變計為補償應變計(不承受應變不承受應變)，R3、R4為平衡固為平衡固定

30、電阻，此時電橋輸出為：定電阻，此時電橋輸出為：RRUU40當當Ri R 時，理想的線性關系為：時，理想的線性關系為：111102114RRRRUU得單臂工作輸出的電壓靈敏度：得單臂工作輸出的電壓靈敏度：4110URRUSu整理課件42功率輸出橋的輸出特征功率輸出橋的輸出特征 當電橋輸出有足夠的功率當電橋輸出有足夠的功率(大應變或用半導大應變或用半導體應變計體應變計)而無需后接放大器時，就可直接接入小而無需后接放大器時，就可直接接入小阻抗的指示儀表，這時電橋需輸出電流。滿足電橋阻抗的指示儀表，這時電橋需輸出電流。滿足電橋輸出功率輸出功率P0=I02RL為最大的條件是：為最大的條件是：)(4343

31、2121電橋內阻rLRRRRRRRRRR這時的輸出電流這時的輸出電流I0和電壓和電壓U0為：為：)()(22143432142310RRRRRRRRRRRRUI)()(22143423100RRRRRRRRURIUL(2-35)(2-36)(2-34)整理課件43 對全等臂電橋對全等臂電橋(R1= R2= R3=R4=R )，當各橋臂都產，當各橋臂都產生應變時，用和電壓輸出橋一樣的分析方法，有：生應變時，用和電壓輸出橋一樣的分析方法，有：RRRRRRRRRUI432108RRRRRRRRUU432108對半等臂電橋對半等臂電橋(R1= R2=Ra, R3=R4=R b),得到：得到：RRRRR

32、RRRRRUIba432104（237）（238）（239） 比較（比較（230）、）、 （238）可知）可知電壓橋輸出電電壓橋輸出電壓是功率橋的兩倍壓是功率橋的兩倍，兩者輸出特性的，兩者輸出特性的規(guī)律相同規(guī)律相同。整理課件44結論：結論： Ri R時，電橋的輸出電壓與應變近似成線性關時，電橋的輸出電壓與應變近似成線性關系。系。 相鄰相鄰兩橋臂的應變量兩橋臂的應變量相減相減，相對相對兩橋臂應變量兩橋臂應變量相加相加.電橋供電電壓電橋供電電壓U越高，輸出電壓越高，輸出電壓U0越大。但是，當越大。但是，當U大時，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻大時，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所

33、允許通過的最大工作電流，傳感器就會出應變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出現蠕變和零漂?，F蠕變和零漂。 增大應變片的靈敏系數增大應變片的靈敏系數K，可提高電橋的輸出電壓。，可提高電橋的輸出電壓。由以上特性就可按試件不同的受力狀態(tài)，通過合理由以上特性就可按試件不同的受力狀態(tài)，通過合理布片和橋接得到高精度的輸出。布片和橋接得到高精度的輸出。整理課件45 考慮采用全等臂考慮采用全等臂單臂單臂電橋時，電橋時，R1橋臂變化橋臂變化R1，假，假設設R1/R11，則可略去分母中的，則可略去分母中的R1/R1項項 ,得理想的線得理想的線性關系為：性關系為：而實際輸出電壓為：而實際輸出電壓為： 上一頁返

34、回下一頁電橋的相對非線性誤差為電橋的相對非線性誤差為 111111111000221211KKRRRRRRUUUeRRUU40111102114RRRRUU(2-40)整理課件46 已知金屬應變計已知金屬應變計K=2.5，最大應變，最大應變=5000=5000，采采用全等臂單臂電橋時，最大線性誤差：用全等臂單臂電橋時，最大線性誤差：%6 . 0005. 05 . 22005. 05 . 2211KKe半導體應變計取半導體應變計取K=120，則：，則：%23005. 01202005. 0120211KKe可見：可見：金屬應變計，在一般應用范圍內，非線性誤差金屬應變計，在一般應用范圍內，非線性誤

35、差e e1%1%，故在此，故在此非線性誤差范圍內，其輸出特性可用線非線性誤差范圍內，其輸出特性可用線性表達式表示；性表達式表示；半導體應變計，由于非線性誤差隨半導體應變計，由于非線性誤差隨K K而增大，必須采取補償措施。而增大，必須采取補償措施。整理課件47A、采用半橋差動電橋、采用半橋差動電橋 R1R2F4332211110RRRRRRRRRUUU0R1R1R3R4UR2R2上一頁返 回下一頁整理課件48RRUU20R1R2R3R4=R，R1R2=R 嚴格的線性關系嚴格的線性關系電橋靈敏度比單臂時提高一倍電橋靈敏度比單臂時提高一倍溫度補償作用溫度補償作用上一頁返 回下一頁整理課件49輸出電壓

36、為：輸出電壓為：RRUU0U0R1R1UR2R2R3R3R4R4上一頁返 回下一頁R1R2FR3R4RRRRRRRRUU432104得：得：整理課件50（2） 恒流源補償法恒流源補償法R2R1R1U0IR3R4如圖，如圖，全等臂、恒流源全等臂、恒流源I供橋，單臂工作供橋，單臂工作，則：，則：14321130RRRRRRRIU略去分母中的略去分母中的R1，線性輸出：，線性輸出：4321130RRRRRRIU非線性誤差為：非線性誤差為：11111114321100044KKRRRRRRRRRRUUUe(4-43)同同(240) 比較，線性誤差明顯減小。比較，線性誤差明顯減小。112KKe整理課件5

37、1整理課件522.6.1 原理與特點原理與特點2.6.2 應變計式傳感器應變計式傳感器1. 測力傳感器測力傳感器(稱重和測力稱重和測力)整理課件53上一頁返 回下一頁（a）實心圓柱；（）實心圓柱；（b）空心圓筒；）空心圓筒； (1)柱式力傳感器柱式力傳感器整理課件54R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUFKRRAEF其中：A為橫截面積 E為彈性模量整理課件55上一頁返 回下一頁等截面梁 結構簡單，易加工，靈敏度高結構簡單，易加工，靈敏度高適合于測適合于測5000N以下的載荷以下的載荷 b0h 等截面懸臂梁等截面懸臂梁EbhFl206整理課件56b0h 等強度懸

38、臂梁等強度懸臂梁 EhblF206整理課件57 雙端固定梁雙端固定梁EbhlF243整理課件58 上一頁返 回下一頁21)2/(32EbhhRF在外力作用下，各點的應力差別較大在外力作用下，各點的應力差別較大 整理課件59 采用輪輻式結構，高度低，抗偏采用輪輻式結構，高度低，抗偏抗側能力強，測量精度高，性能穩(wěn)定抗側能力強，測量精度高，性能穩(wěn)定可靠安裝方便，是大、中量程精度傳可靠安裝方便，是大、中量程精度傳感器中的最佳形式，廣泛用于各種電感器中的最佳形式，廣泛用于各種電子衡器和各種力值測量，如汽車衡、子衡器和各種力值測量，如汽車衡、軌道衡、吊勾秤、料斗秤軌道衡、吊勾秤、料斗秤技術參數技術參數 量程（量程（t） 1，2，5，10，20，30，50 供橋電壓供橋電壓 12VDC 靈敏度靈敏度 152mV/V 輸入阻抗輸入阻抗 73