c電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 l電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理l電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理l電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù)電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù)l電阻應(yīng)變片的動態(tài)響應(yīng)特性電阻應(yīng)變片的動態(tài)響應(yīng)特性l粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù)粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù)l電阻應(yīng)變片傳感器的溫度誤差及其補償電阻應(yīng)變片傳感器的溫度誤差及其補償l電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路及電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路及電阻應(yīng)變儀l電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 電阻式應(yīng)變傳感器作為測力的主要傳感器，測電阻式應(yīng)變傳感器作為測力的主要傳感器，測力范圍小到肌肉纖維，大到登月火箭，精確度可到力范圍小到肌

2、肉纖維，大到登月火箭，精確度可到 0.010.1%0.010.1%。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、彎曲。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、彎曲式、剪切式。式、剪切式。 應(yīng)變式傳感器特征：應(yīng)變式傳感器特征：不同材料類型；金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片不同材料類型；金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)用范圍；應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度；應(yīng)用范圍；應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度；主要優(yōu)點；使用簡單、精度高、范圍大、體積小。主要優(yōu)點；使用簡單、精度高、范圍大、體積小。各種電子秤各種電子秤廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于高高精精度度電電子子汽汽車車衡衡 動態(tài)電子秤動態(tài)電子秤電子天平電子天平機械秤包裝機機械秤包裝機吊秤吊秤電阻應(yīng)變式

3、傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器, 傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。 當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上時, 彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化, 通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出, 電量變化的大小反映了被測物理量的大小。4.1 4.1 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理1 1、應(yīng)變效應(yīng)、應(yīng)變效應(yīng) 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。2 2、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和工作原理、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和工作原理 1）應(yīng)變片的

4、結(jié)構(gòu)）應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 由敏感柵由敏感柵1、基底、基底2、蓋片、蓋片3、引線、引線4等組成。這些等組成。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。因此，應(yīng)部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。因此，應(yīng)根據(jù)使用條件和要求合理地加以選擇。根據(jù)使用條件和要求合理地加以選擇。 4.2 4.2 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理4 231電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖bl柵長柵長柵寬柵寬2 2）電阻）電阻- -應(yīng)變特性應(yīng)變特性 設(shè)有一根長度為l、截面積為S、電阻率為的金屬絲，其電阻R為 兩邊取對數(shù)，得等式兩邊取微分，得 電阻的相對變化； 電阻率的相對變化； 金屬絲長度相對變化，用表示，=

5、 稱為金屬絲長度方向上的應(yīng)變或軸向應(yīng)變； 截面積的相對變化。SlRSlRlnlnlnlnSdSldldRdRRdRdldlldlSdSdr/r為金屬絲半徑的相對變化，即徑向應(yīng)變?yōu)閞。S= r 2dS /S=2dr/rr= 由材料力學(xué)知將微分dR、d改寫成增量R、，則)21 ()21 (dldldRdRSKllllRR)/21 (金屬絲電阻的相對變化與金屬絲的伸長或縮短之間存在比例關(guān)系。比例系數(shù)比例系數(shù)KS稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)。物理意義：單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。KS由兩部分組成：前一部分是（1+2），由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬0.3，因此（1+2）1.6；

6、后一部分為 ，電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對金屬材料，以前者為主，則KS 1+2；對半導(dǎo)體， KS值主要由電阻率相對變化所決定。實驗表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應(yīng)變成正比。通常KS在1.83.6范圍內(nèi)。ll /3 3）應(yīng)變片測試原理）應(yīng)變片測試原理在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化， 同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為R時，便可得到被測對象的應(yīng)變值， 根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值為 =E 絲繞式應(yīng)變片敏感柵半圓弧形部分bOlrrdld03、橫向效應(yīng) 金屬應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時，

7、構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變r也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化(除了起作用外)，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。圖為 應(yīng)變片敏感柵半圓弧部分的形狀。沿軸向應(yīng)變?yōu)?，沿橫向應(yīng)變?yōu)閞 。 若敏感柵有n根縱柵，每根長為l，半徑為r，在軸向應(yīng)變作用下，全部縱柵的變形視為L1半圓弧橫柵同時受到和r的作用，在任一微小段長度d l = r d上的應(yīng)變可由材料力學(xué)公式求得 每個圓弧形橫柵的變形量l為縱柵為n根的應(yīng)變片共有n-1個半圓弧橫柵，全部橫柵的變形量為2cos2121rrrrrrddll200rrnL212L1= n l應(yīng)變片敏感柵的總

8、變形為敏感柵柵絲的總長為L，敏感柵的靈敏系數(shù)為KS，則電阻相對變化為令 則 可見，敏感柵電阻的相對變化分別是和r作用的結(jié)果。rrnrnnlLLL2121221rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2SxKLrnnlK2) 1(2SyKLrnK2) 1(ryxKKRR當(dāng)r=0時，可得軸向靈敏度系數(shù)同樣，當(dāng)=0時，可得橫向靈敏度系數(shù)橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)c。即 由上式可見，r愈小，愈小，l愈大，則愈大，則c愈小。即敏感柵越愈小。即敏感柵越窄、基長越長的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小窄、基長越長的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小xxRRKryyRRK

9、rnnlrnKKcxy121 一、一、 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類 4.3 4.3 電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù)種類、材料和參數(shù)1.絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式二種，如圖2.3所示。但回線式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但其應(yīng)變橫向效應(yīng)較大。短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大510倍的鍍銀絲短接。優(yōu)點是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜 圖中 應(yīng)變片 a、c回線式 b、d短接式2.箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片 它是利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約0.0030.01mm的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱為應(yīng)變花。優(yōu)點：.可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵

10、，其柵長l可做0.2mm，以適應(yīng)不同的測量要求；.與被測件粘貼結(jié)面積大； .散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度； .橫向效應(yīng)小。 .蠕變和機械滯后小，疲勞壽命長。 缺點：電阻值的分散性比金屬絲的大，有的相差幾十歐姆，需做阻值調(diào)整。在常溫下，金屬箔式應(yīng)變片已逐步取代了金屬絲式應(yīng)變片。 3、薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片 薄膜應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1m以下的金屬電阻薄膜的敏感柵, 最后再加上保護層。它的優(yōu)點是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大, 允許電流密度大, 工作范圍廣。 4、半導(dǎo)體應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的, 其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。

11、所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時, 其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時, 其電阻相對變化為)21 (RR（3-10） 式中/為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量, 其值與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受的應(yīng)變力關(guān)系為E（3-11） 式中: 半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。 將式（3 - 11）代入式（3 - 10）中得)21 (E（3-12） 實驗證明, E比（1+2）大上百倍, 所以（1+2）可以忽略, 因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為 Ks = ERR（3-13） 半導(dǎo)體應(yīng)變片突出優(yōu)點是靈敏度高半導(dǎo)體應(yīng)變片突出優(yōu)點是靈敏度高, 比金屬絲式高比金屬絲式高5080倍倍, 尺寸小尺寸小

12、, 橫向效應(yīng)小橫向效應(yīng)小, 動態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大動態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大, 應(yīng)應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重等缺點。變時非線性比較嚴(yán)重等缺點。 二、電阻應(yīng)變片的材料二、電阻應(yīng)變片的材料 對敏感柵的材料的要求：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；電阻溫度系數(shù)要?。豢寡趸芰Ω?，耐腐蝕性能強；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度；加工性能良好,易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于焊接，對引線材料的熱電勢小。對應(yīng)變片要求必須根據(jù)實際使用情況，合理選擇。具體材料見P65-66三、應(yīng)變片的主要參數(shù)三、應(yīng)變片的主要參數(shù) 應(yīng)變片電阻值應(yīng)變片電阻值絕緣電阻絕緣電

13、阻靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)允許電流允許電流應(yīng)變極限應(yīng)變極限機械滯后機械滯后零漂零漂蠕變?nèi)渥?當(dāng)被測應(yīng)變值隨時間變化的頻率很高時，需考慮應(yīng)變片的動態(tài)特性。因應(yīng)變片基底和粘貼膠層很薄，構(gòu)件的應(yīng)變波傳到應(yīng)變片的時間很短(估計約0.2s)，故只需考慮應(yīng)變沿應(yīng)變片軸向傳播時的動態(tài)響應(yīng)。 設(shè)一頻率為 f 的正弦應(yīng)變波正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度 v 沿應(yīng)變片柵長方向傳播，在某一瞬時 t，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布如圖所示。應(yīng)變片對應(yīng)變波的動態(tài)響應(yīng)0應(yīng)變片1lx1x4.4 4.4 電阻應(yīng)變片的動態(tài)響應(yīng)特性電阻應(yīng)變片的動態(tài)響應(yīng)特性 xx2sin0 設(shè)應(yīng)變波波長為，則有= v /f。應(yīng)變片柵長為L，瞬時t時應(yīng)變波沿構(gòu)件分布為 應(yīng)變片

14、中點的應(yīng)變?yōu)?xt為t瞬時應(yīng)變片中點的坐標(biāo)。應(yīng)變片測得的應(yīng)變?yōu)闁砰L l 范圍內(nèi)的平均應(yīng)變m，其數(shù)值等于 l 范圍內(nèi)應(yīng)變波曲線下的面積除以 l，即ttx2sin0llxxdxltxxmltltsin2sin2sin10022平均應(yīng)變m與中點應(yīng)變t相對誤差為lltmtmtsin11ll（%）1.620.52誤差誤差的計算結(jié)果的計算結(jié)果 1/201/10由上式可見，相對誤差的大小只決定于 的比值，表中給出了為1/10和1/20時的數(shù)值。由表可知，應(yīng)變片柵長與正弦應(yīng)變波的波長之比愈小，相對誤差愈小。當(dāng)選中的應(yīng)變片柵長為應(yīng)變波長的（1/101/20）時，將小于2%。因為式中 應(yīng)變波在試件中的傳播速度；f

15、應(yīng)變片的可測頻率。取 ，則若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度若已知應(yīng)變波在某材料內(nèi)傳播速度，由上式可計算，由上式可計算出柵長為出柵長為L的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測動態(tài)應(yīng)變的應(yīng)變片粘貼在某種材料上的可測動態(tài)應(yīng)變最高頻率。最高頻率。 f101llf1 .0 應(yīng)變波為階躍波應(yīng)變波為階躍波 a試件產(chǎn)生的階躍機械應(yīng)變波；b傳播速度為v的應(yīng)變波，通過柵長l而遲后一段時間th=l/v的理論響應(yīng)特性；c應(yīng)變計對應(yīng)變波的實際響應(yīng)特性。上升工作時間：tr=0.8l/v； 工作頻限：f0.44v/l 應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的。粘結(jié)劑形成的膠層必須迅速地將被測件的應(yīng)變傳遞到敏感柵上。粘結(jié)劑的性能及粘貼工藝的質(zhì)

16、量直接影響著應(yīng)變片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)等?？梢娺x擇粘結(jié)劑和正確的粘結(jié)工藝與應(yīng)變片的測量精度有著極其重要的關(guān)系。 4.5 4.5 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù)粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù)1.粘結(jié)劑的選擇粘結(jié)劑的選擇 粘結(jié)劑的主要功能是要在切向準(zhǔn)確傳遞試件的應(yīng)變。因此，它應(yīng)具備： (1)與試件表面有很高的粘結(jié)強度，一般抗剪強度應(yīng)大于9.8106Pa； (2)彈性模量大，蠕變、滯后小，溫度和力學(xué)性能參數(shù)要盡量與試件匹配； (3)抗腐蝕，涂刷性好，固化工藝簡單，變形小，使用簡便，可長期貯存； (4)電絕緣性能、耐老化與耐溫耐濕性能均良好。 一般情況下，粘貼與制作應(yīng)變計的粘結(jié)劑是可以通用的。

17、但是，粘貼應(yīng)變計時受到現(xiàn)場加溫、加壓條件的限制。通常在室溫工作的應(yīng)變計多采用常溫、指壓固化條件的粘結(jié)劑；非金屬基應(yīng)變計若用在高溫工作時，可將其先粘貼在金屬基底上，然后再焊接在試件上。2.應(yīng)變計的粘貼應(yīng)變計的粘貼 一、應(yīng)變片檢查二、修整應(yīng)變片三、試件表明處理四、劃粘貼應(yīng)變片的定位線五、粘貼應(yīng)變片六、粘合劑的固化處理七、應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的檢查八、引出線的固定保護九、應(yīng)變片的防潮處理（1） 溫度誤差及其產(chǎn)生原因溫度誤差及其產(chǎn)生原因 用作測量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變

18、所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：應(yīng)變片的電阻絲應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。 4.6 4.6 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及其補償?shù)臏囟日`差及其補償 設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為t（）時，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為t ，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對變化為 由于敏感柵材料和被測構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當(dāng)t 存在時，引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，其值為 e試件

19、材料線膨脹系數(shù)；g敏感柵材料線膨脹系數(shù)。 tRRt 1tget2相應(yīng)的電阻相對變化為K應(yīng)變片靈敏系數(shù)。tKRRge 2溫度變化形成的總電阻相對變化： 相應(yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)樯鲜綖閼?yīng)變片粘貼在試件表面上，當(dāng)試件不受外力作上式為應(yīng)變片粘貼在試件表面上，當(dāng)試件不受外力作用，在溫度變化用，在溫度變化t 時，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。用應(yīng)變形時，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。用應(yīng)變形式表現(xiàn)出來，稱之為熱輸出。式表現(xiàn)出來，稱之為熱輸出。可見，應(yīng)變片熱輸出的大小不僅與應(yīng)變計敏感柵材料的性能(t,g)有關(guān)，而且與被測試件材料的線膨脹系數(shù)(e)有關(guān)。 tKtRRRRRRgett 21ttKKRRgettt（2） 溫度補償（自補償法和線路

20、補償法）溫度補償（自補償法和線路補償法） 選擇式選擇式自補償應(yīng)變片自補償應(yīng)變片由前式知，若使應(yīng)變片在溫度變化t時的熱輸出值為零，必須使即 每一種材料的被測試件，其線膨脹系數(shù) 都為確定值，可以在有關(guān)的材料手冊中查到。在選擇應(yīng)變片時，若應(yīng)變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，并使其電阻溫度系數(shù) 和線膨脹系數(shù) 滿足上式的條件，即可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補償應(yīng)變片。 0getKegtKetg 單絲自補償應(yīng)變片的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便，但它必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能達到溫度自補償?shù)哪康?。雙金屬敏感柵自補償應(yīng)變片雙金屬敏感柵自補償應(yīng)變片 由兩種不

21、同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償?shù)?，如圖。這種應(yīng)變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反，號相反，即(Ra) t= (Rb) t焊點RaRbaeaabebbtaatbbbaKKRRRRRR補償效果可達0.45。 電路補償法電路補償法 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為 式中A由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。3241RRRRAUSCUSCR2R4R1R3E橋路補償法 由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時，Rl和R2

22、對輸出電壓的作用方向相反。利用這個基本特性可實現(xiàn)對溫度的補償，并且補償效果較好，這是最常用的補償方法之一。 測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件的表面測試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片另一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上貼在與被測試件材料相同的補償塊上，圖中R2，稱為補償應(yīng)變片。在工作過程中補償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。由于R1與R2接入電橋相鄰臂上，造成R1t與R2t相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓USC與溫度無關(guān)。當(dāng)工作應(yīng)變片感受應(yīng)變時，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電壓。補償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R2 當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時，R1和R2處于同一溫度

23、場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即上式中可以選擇R1=R2=R及R3=R4=R。 當(dāng)溫度升高或降低時，若R1t=R2t，即兩個應(yīng)變片的熱輸出相等，由上式可知電橋的輸出電壓為零，即03241RRRRAUSC322411RRRRRRAUttSCRRRRRRAtt21RRRRRRRRAtt21021ttRRRA= 若此時有應(yīng)變作用，只會引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變。故由前式可得輸出電壓為由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無關(guān)。為達到完全補償，需滿足下列三個條件：為達到完全補償，需滿足下列三個條件： R1和和R2須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系須屬于同一批號的，即它們的電

24、阻溫度系數(shù)數(shù)、線膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；始電阻值也要求相同； 用于粘貼補償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者用于粘貼補償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等； 兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。 RKRARRRRKRRRAUttSC3224111此方法簡單易行，能在較大溫度范圍內(nèi)進行補償。缺點是三個條件不易滿足，尤其是條件。在某些測試條件下，溫度場梯度較大，R1和R2很難處于相同溫度點。 另外也可以采用熱敏電阻進行補償采用熱敏電

25、阻進行補償。如圖所示，熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。USCR2R4R1R3ERtR5 直流電橋的平衡條件直流電橋的平衡條件 負載負載RLRL（開路）（開路） 1423R RR R1234/RRRR電橋平衡時電橋平衡時 I0=0 U0=0I0=0 U0=0 對比積相等對比積相等 鄰臂比相等鄰臂比相等 4.74.7電阻應(yīng)變式傳感器的電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路及電阻應(yīng)變儀信號調(diào)節(jié)電路及電阻應(yīng)變儀43

26、32110RRRRRREU設(shè)設(shè)R1R1為應(yīng)變片，應(yīng)變時為應(yīng)變片，應(yīng)變時R1R1變化量為變化量為R1R1，這時電橋失衡，不平衡輸出電壓為：這時電橋失衡，不平衡輸出電壓為：3101234RRRUERRRRR 4311112143(/)(/)(1/) 1/RRRRERRRRRR 電壓靈敏度電壓靈敏度設(shè)橋臂比設(shè)橋臂比12/nRR21unkEn電橋靈敏度定義為：電橋靈敏度定義為： 11/RR0211nRUERn電橋輸出：電橋輸出：忽略忽略 電壓靈敏度電壓靈敏度討論：討論： 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度KuKu越大，應(yīng)變變化相同情況輸出越大，應(yīng)變變化相同情況輸出電電壓越大；壓越大； KuKu與電橋電源與電

27、橋電源E E成正比成正比KuEKuE，但供電受應(yīng)變片允，但供電受應(yīng)變片允許許功耗限制；功耗限制； KuKu是橋臂比是橋臂比n n的函數(shù)的函數(shù)KuKu（n n），恰當(dāng)選擇），恰當(dāng)選擇n n可提高電可提高電壓靈敏度壓靈敏度KuKu。 電壓靈敏度電壓靈敏度討論：討論： 顯然顯然 n=1 R1=R2 R3=R4時有時有Ku最大最大210udkndndn4uEK 單臂工作片電壓靈敏度：單臂工作片電壓靈敏度： 104REUR 橋路輸出電壓：橋路輸出電壓： 電壓靈敏度電壓靈敏度 電壓靈敏度電壓靈敏度等臂電橋等臂電橋n=1n=1時時, , 由上式近似得到：由上式近似得到： 112LRR 11011(1) (1

28、)RnRUERnnR實際輸出值為：實際輸出值為：0011011/1/LUURRUnRR非線性誤差：非線性誤差： 可見非線性誤差與可見非線性誤差與R1/R1R1/R1成正比成正比 為減小非線性誤差常采用差動電橋為減小非線性誤差常采用差動電橋u差動電橋：在試件上安裝兩個工作片，一個受拉、差動電橋：在試件上安裝兩個工作片，一個受拉、 一個受壓接在電橋的相鄰兩個臂，電橋輸出為：一個受壓接在電橋的相鄰兩個臂，電橋輸出為：3110112234RRRUERRRRRR12RRR 2uEK 半橋電壓靈敏度為：半橋電壓靈敏度為： 討論：討論： 輸出電壓輸出電壓U U0 0與與R1/R1R1/R1呈線性關(guān)系，無非線

29、性誤差；呈線性關(guān)系，無非線性誤差； 電壓靈敏度是單橋的兩倍；電壓靈敏度是單橋的兩倍； 具有溫度補償作用。具有溫度補償作用。02ERUR 電橋輸出：電橋輸出： 全橋：全橋：將四臂按對臂同性接四個工作片稱全橋。將四臂按對臂同性接四個工作片稱全橋。 若若R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4101RUER 全橋電壓輸出：全橋電壓輸出： uKE 全橋電壓靈敏度為：全橋電壓靈敏度為： 142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ14230Z ZZ Z 交流電橋需滿足交流電橋需滿足 對臂復(fù)數(shù)的模積相等，幅角之和相等。對臂復(fù)數(shù)的模積相等，幅角之和相等。1423| |ZZZZ142341310124113() ()(1)(1)ZZZZUUZZZZZZ交流電橋輸出：交流電橋輸出： 電橋電橋 測測20-200Hz20-200Hz應(yīng)變力輸出調(diào)幅調(diào)制波；應(yīng)變力輸出調(diào)幅調(diào)制波； 放大器放大器 將電橋輸出的調(diào)幅波放大；將電橋輸出的調(diào)幅波放大； 振蕩器振蕩器 產(chǎn)生等幅正弦波提供電橋電壓和相敏產(chǎn)生等幅正弦波提供電橋電壓和相敏檢檢 波器參考電壓；波器參考電壓； 相敏檢波器相敏檢波器 如果應(yīng)變有拉應(yīng)變和壓應(yīng)變，可如果應(yīng)變有拉應(yīng)變和壓應(yīng)變，可通通 過相敏檢波電路區(qū)分雙相信號；過相敏檢波電路區(qū)分雙相信號； 相移器相移器 相