傳感器相關(guān)知識(shí)

1、傳感器相關(guān)知識(shí)第1頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第2頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日本章基本要求：掌握電位器式電阻傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理；了解電位器式電阻傳感器特性指標(biāo)及簡(jiǎn)單應(yīng)用；掌握應(yīng)變片式電阻傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理；通過(guò)對(duì)電阻應(yīng)變片測(cè)量橋路分析，掌握直流惠斯通電橋結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)；了解應(yīng)變片式電阻傳感器特性指標(biāo)及簡(jiǎn)單應(yīng)用；第3頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第二章 電阻式傳感器一、電位計(jì)(器)式電阻傳感器二、應(yīng)變式電阻傳感器三、測(cè)量電路及電阻應(yīng)變儀四、電阻應(yīng)變片式式傳感器應(yīng)用舉例五、第三次作業(yè)第4頁(yè)，共152頁(yè)

2、，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日一、電位計(jì)(器)式電阻傳感器一、線繞電位器式傳感器精密電位器 機(jī)械位移信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換元件第5頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日1、線繞電位器結(jié)構(gòu)和工作原理(掌握)圖 11 工作原理圖等截面線繞式電位器第6頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第7頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 空載特性RL=條件：LUSxSUiVV=，0LxURRUUixi=0LRSxSRRR=，xSVSR 均為常數(shù)，他們分別表明了電刷單位位移所能引起的輸出電阻和輸出電壓的變化量。也表明改變電阻值R引起輸

3、出電壓變化為線性變化。電壓的靈敏度電阻的靈敏度第8頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日2、線繞電位器的輸出特性(掌握)電阻靈敏度電壓靈敏度線性電位器（1）空載下第9頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日令分壓系數(shù)負(fù)載系數(shù) 有載特性第10頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.91rY0.010.10.20.510KL = 圖1-2 電位器負(fù)載特性曲線 有載特性電位器的相對(duì)輸出電位器的電阻相對(duì)變化量電位器的負(fù)載系數(shù)令：結(jié)論

4、：K L不能太??！第11頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日負(fù)載誤差相對(duì)負(fù)載誤差 一定，對(duì)K求一階導(dǎo)數(shù)，并令其= 0，得：第12頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日例 設(shè)電位器總電阻 ，要求負(fù)載誤差 0.1%，確定負(fù)載電阻 。2、減小電位器負(fù)載誤差的方法 負(fù)載系數(shù)減小法ad15.0max第13頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日3.線繞式電位器的階梯特性及其分辨率(了解)xU0 階梯特性及產(chǎn)生原因圖 13 階梯特性 階梯特性是由滑動(dòng)觸點(diǎn)(電刷)在移動(dòng)過(guò)程中, 從一匝滑到另一匝時(shí)電阻值產(chǎn)生突變所引起的。其階梯值U為：N 繞線

5、總匝數(shù) 分辨率及階梯誤差分辨率： 階梯誤差： 在理想情況下，工作曲線均勻穿過(guò)實(shí)際曲線的階梯，此時(shí)的階梯誤差為：第14頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日階梯誤差電壓分辨率行程分辨率第15頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日4、線繞電位器結(jié)構(gòu)(了解)第16頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日二、非線繞電位器式傳感器(了解)1、薄膜電位器2、導(dǎo)電塑料電位器基體、電阻膜帶、電刷、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)電環(huán)合成膜電位器金屬膜電位器3、光電電位器無(wú)接觸式電位器光電導(dǎo)層暗電阻:絕緣體明電阻:良導(dǎo)體第17頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)

6、31分，星期日優(yōu)點(diǎn)：精度、壽命、分辨率、可靠性高、阻值范圍寬缺點(diǎn)：溫度范圍窄、輸出電流小、輸出阻抗較高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大第18頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日三、電位器式傳感器的應(yīng)用(了解)1、航空飛行高度傳感器第19頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日2、液面高度測(cè)試儀第20頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日3、電位器式位移傳感器返回第21頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日二、應(yīng)變式電阻傳感器一、電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)(掌握)：柵狀敏感柵基底粘結(jié)劑蓋層引線傳遞應(yīng)變應(yīng)變計(jì)工作的物理基礎(chǔ) 電阻

7、應(yīng)變效應(yīng)用途：測(cè)量位移、加速度、力、力矩、壓力應(yīng)用領(lǐng)域：航空、機(jī)械、電力、化工、建筑、醫(yī)學(xué)等。第22頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日除了外界壓力外，是否還存在使金屬絲發(fā)生形變的其他因素？第23頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 金屬電阻應(yīng)變片的材料(了解) 對(duì)電阻絲材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大，且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長(zhǎng)度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會(huì)改變其阻值； 與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢(shì)小； 機(jī)械強(qiáng)度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。 第24頁(yè)，共

8、152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 金屬電阻應(yīng)變片的粘貼(了解) 應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測(cè)件上的。粘結(jié)劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測(cè)件應(yīng)變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時(shí)必須考慮應(yīng)變片材料和被測(cè)件材料性能，不僅要求粘接力強(qiáng)，粘結(jié)后機(jī)械性能可靠，而且粘合層要有足夠大的剪切彈性模量， 良好的電絕緣性，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化，動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)量時(shí)耐疲勞等。 還要考慮到應(yīng)變片的工作條件，如溫度、相對(duì)濕度、穩(wěn)定性要求以及貼片固化時(shí)加熱加壓的可能性等。第25頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日二、應(yīng)變效應(yīng)(掌握) 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力(拉力或壓力)作

9、用時(shí),產(chǎn)生機(jī)械變形,機(jī)械變形導(dǎo)致其阻值變化,這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”定義：第26頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日1、導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)第27頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 應(yīng)變片軸向受力及橫向效應(yīng) （a） 應(yīng)變片及軸向受力圖； （b） 應(yīng)變片的橫向效應(yīng)圖 第28頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 dA/A圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量，設(shè)r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2r dr，則 由材料力學(xué)可知，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，令dl/l=為金屬電阻絲的

10、軸向應(yīng)變，那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為 式中,為電阻絲材料的泊松比,負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。 第29頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日軸向線應(yīng)變其中單位：“微應(yīng)變”徑向線應(yīng)變P23軸向線應(yīng)變泊淞比第30頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（1）金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)（2）半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 金屬材料的電阻相對(duì)變化與線應(yīng)變成正比 半導(dǎo)體材料的電阻相對(duì)變化與線應(yīng)變成正比金屬絲材的應(yīng)變靈敏系數(shù)半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)第31頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（3）導(dǎo)電絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)金屬半導(dǎo)體幾何尺寸變化電阻率變

11、化金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主， Km=1.8 4.8幾何尺寸變化壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)第32頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，根據(jù)上述特點(diǎn)，在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化， 同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測(cè)對(duì)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 三、應(yīng)變片測(cè)量原理(掌握)- 試件的應(yīng)力- 試件的應(yīng)變 E-試件材料的彈性模量(kg/mm2)第33頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日四、

12、 應(yīng)變片的分類(了解) 應(yīng)變片有很多品種系列: 從尺寸上講, 長(zhǎng)的有幾百mm, 短的僅0.2 mm; 由結(jié)構(gòu)形式上看, 有單片、雙片、應(yīng)變花和各種特殊形狀的圖案; 就使用環(huán)境上說(shuō), 有高溫、低溫、水、核輻射、 高壓、磁場(chǎng)等; 而安裝形式, 有粘貼、非粘貼、焊接、火焰噴涂等。 主要的分類方法是根據(jù)敏感元件材料的不同, 將應(yīng)變片分為金屬式和半導(dǎo)體式兩大類。從敏感元件的形態(tài)又可進(jìn)一步分類如下: 第34頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日應(yīng)變片金屬屬性半導(dǎo)體式體形薄膜型絲式箔式紙基膠基體型薄模型擴(kuò)散型外延型Pn結(jié)及其它形式第35頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31

13、分，星期日 半導(dǎo)體式體型薄膜型、擴(kuò)散型、外延型、PN結(jié)及其他形式 金屬電阻應(yīng)變片常見的形式有絲式、 箔式、 薄膜式等。 絲式應(yīng)變計(jì)是最早應(yīng)用的品種。 金屬絲彎曲部分可作成圓弧、銳角或直角, 如圖所示。 彎曲部分作成圓?。║）形是最早常用的一種形式, 制作簡(jiǎn)單但橫向效應(yīng)較大。 直角（H）形兩端用較粗的鍍銀銅線焊接, 橫向效應(yīng)相對(duì)較小, 但制作工藝復(fù)雜, 將逐漸被橫向效應(yīng)小、 其他方面性能更優(yōu)越的箔式應(yīng)變片所代替。第36頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖 絲式應(yīng)變計(jì)箔式應(yīng)變計(jì)的線柵是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成很薄的金屬薄柵（厚度一般在0.0030.01mm）。與絲式應(yīng)變

14、計(jì)相比有如下優(yōu)點(diǎn): 第37頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 (1) 工藝上能保證線柵的尺寸正確、 線條均勻, 大批量生產(chǎn)時(shí), 阻值離散程度小。 (2) 可根據(jù)需要制成任意形狀的箔式應(yīng)變片和微型小基長(zhǎng)（如基長(zhǎng)為0.1 mm）的應(yīng)變片。 (3) 敏感柵截面積為矩形, 表面積大, 散熱好, 在相同截面情況下能通過(guò)較大電流。 (4) 厚度薄, 因此具有較好的可撓性, 它的扁平狀箔柵有利于形變的傳遞。 (5) 蠕變小, 疲勞壽命高。 (6) 橫向效應(yīng)小。 (7) 便于批量生產(chǎn), 生產(chǎn)效率高。 第38頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 幾種箔式應(yīng)變片

15、 圖中畫出了幾種箔式應(yīng)變片。 第39頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 薄膜式應(yīng)變片是采用真空濺射或真空沉積技術(shù), 在薄的絕緣基片上蒸鍍金屬電阻薄膜（厚度在零點(diǎn)幾納米到幾百納米）, 再加上保護(hù)層制成。 其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高, 允許通過(guò)的電流密度大, 工作溫度范圍廣, 可工作于-197317C, 也可用于核輻射等特殊情況下。制作應(yīng)變計(jì)敏感元件的金屬材料應(yīng)有如下要求: (1) k0大, 并在盡可能大的范圍內(nèi)保持常數(shù)。第40頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 (2) 電阻率大。 這樣, 在一定電阻值要求下, 同樣線徑, 所需電阻絲長(zhǎng)度短。 (3) 電阻

16、溫度系數(shù)小。高溫使用時(shí), 還要求耐高溫氧化性能好。 (4) 具有良好的加工焊接性能。 常用的敏感元件材料是康銅（銅鎳合金）、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、 鐵鎳鉻合金等。 常溫下使用的應(yīng)變片多由康銅制成。 第41頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)應(yīng)用較普遍的有體型、薄膜型、擴(kuò)散型、外延型等。體型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是將晶片按一定取向切片、研磨、再切割成細(xì)條, 粘貼于基片上制作而成。幾種體型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)示意圖如圖所示。體型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)示意圖第42頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)第43頁(yè)，共152頁(yè)，202

17、2年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 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)。壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料，當(dāng)某一軸向受外力作用時(shí)， 其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)， 其電阻相對(duì)變化為 式中d/為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對(duì)變化量，其值與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受的應(yīng)變力有關(guān)，其關(guān)系為 第44頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日將上式計(jì)算可得 實(shí)驗(yàn)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 -半導(dǎo)休材料的壓阻系數(shù) 第45頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 半導(dǎo)體應(yīng)變片的

18、靈敏系數(shù)比金屬絲式高5080倍， 但半導(dǎo)體材料的溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重， 使它的應(yīng)用范圍受到一定的限制。 用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，根據(jù)上述特點(diǎn)，在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化， 同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測(cè)對(duì)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 第46頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積于絕緣體或藍(lán)寶石基片上制成的。 擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到高阻的N型硅基片上, 形成一層極薄的敏感層制成的。 外

19、延型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是在多晶硅或藍(lán)寶石基片上外延一層單晶硅制成的。 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn):第47頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 (1) 靈敏度高。 比金屬應(yīng)變計(jì)的靈敏度約大50100倍。 工作時(shí), 可不必用放大器就可用電壓表或示波器等簡(jiǎn)單儀器記錄測(cè)量結(jié)果。 (2) 體積小, 耗電省。 (3) 由于具有正、 負(fù)兩種符號(hào)的應(yīng)力效應(yīng)（即在拉伸時(shí)P型硅應(yīng)變計(jì)的靈敏度系數(shù)為正值; 而N型硅應(yīng)變計(jì)的靈敏度系數(shù)為負(fù)值。 (4) 機(jī)械滯后小, 可測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變、 低頻應(yīng)變等。 第48頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日五、電阻應(yīng)變計(jì)的特性(掌握)應(yīng)變計(jì)是一種重

20、要的敏感元件。首先, 它在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中是測(cè)量應(yīng)變和應(yīng)力的主要傳感元件; 其次, 某些其他類型的傳感器, 如膜片式壓力傳感器、 加速度計(jì)、線位移傳感器等, 也經(jīng)常使用應(yīng)變計(jì)作為機(jī)電轉(zhuǎn)換元件或敏感元件, 廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。 應(yīng)變計(jì)之所以成為重要的敏感元件, 主要由于具有如下優(yōu)點(diǎn):第49頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 (1) 測(cè)量應(yīng)變的靈敏度和精確度高。能測(cè)12微應(yīng)變（110-6 mm/mm）的應(yīng)變。 誤差一般可小于1%。精度可達(dá) 0.015%FS（普通精度可達(dá) 0.05%FS）。 (2) 測(cè)量范圍大。 從彈性變形一直可測(cè)至塑性變形。 變形范圍從1%2

21、0%。 (3) 尺寸?。ǔ⌒蛻?yīng)變計(jì)的敏感柵尺寸為 0.2mm2.5 mm）, 重量輕, 對(duì)試件工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響很小。既可用于靜態(tài)測(cè)量, 又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量, 且具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（可測(cè)幾十甚至上百赫的動(dòng)態(tài)過(guò)程）。 第50頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 (4) 能適應(yīng)各種環(huán)境。可以在高溫、超低壓、高壓、水下、 強(qiáng)磁場(chǎng)以及輻射等惡劣環(huán)境下使用。 (5) 價(jià)格低廉、 品種多樣, 便于選擇和大量使用。 應(yīng)變計(jì)有如下缺點(diǎn): 在大應(yīng)變下具有較大的非線性, 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的非線性更為明顯; 輸出信號(hào)較微弱, 故抗干擾能力較差。 應(yīng)變式傳感器的性能在很大程度上取決于應(yīng)變計(jì)的性

22、能。下面就來(lái)討論應(yīng)變計(jì)的主要特性。 第51頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日1、靜態(tài)特性靈敏度系數(shù) 金屬電阻絲的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系, 用靈敏度系數(shù)k0表示這種關(guān)系。金屬絲做成應(yīng)變計(jì)后, 由于基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng), 電阻應(yīng)變特性與單根金屬絲將有所不同, 必須重新用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)是按規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。電阻應(yīng)變計(jì)貼在一維力作用下的試件上, 例如受軸向拉壓的直桿、純彎梁等。第52頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 試件材料用泊松系數(shù) =0.285的鋼。用精密電阻電橋或其他儀器測(cè)出應(yīng)變計(jì)相對(duì)電阻變化, 再用

23、其他測(cè)應(yīng)變的儀器測(cè)定試件的應(yīng)變, 得出電阻應(yīng)變計(jì)的電阻應(yīng)變特性。實(shí)驗(yàn)證明, 電阻應(yīng)變計(jì)的電阻相對(duì)變化R/R與應(yīng)變l/l=之間在很大范圍內(nèi)是線性的, 即第53頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日式中, 為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏度系數(shù)。 因一般應(yīng)變計(jì)粘貼到試件上后不能取下再用, 只能在每批產(chǎn)品中提取一定百分比（如 5%）的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)定, 取其平均值作為這一批產(chǎn)品的靈敏度系數(shù)。這就是產(chǎn)品包裝盒上注明的靈敏度系數(shù), 或稱“標(biāo)稱靈敏度系數(shù)”。 第54頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日橫向效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)表明, 應(yīng)變計(jì)的靈敏度k恒小于金屬線材的靈敏度系數(shù)k0。其原因除

24、了粘合劑、基片傳遞變形失真外, 主要是由于存在橫向效應(yīng)。 敏感柵由許多直線及圓角組成, 如圖所示。 拉伸被測(cè)試件時(shí), 粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì), 被沿應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度方向拉伸, 產(chǎn)生縱向拉伸應(yīng)變x, 應(yīng)變計(jì)直線段電阻將增加。 但是在圓弧段上, 沿各微段（圓弧的切向）的應(yīng)變并不是x, 與直線段上同樣長(zhǎng)的微段所產(chǎn)生的電阻變化不同。第55頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖第56頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 最明顯的是在=/2 垂直方向的微段, 按泊松比關(guān)系產(chǎn)生壓應(yīng)變-y。該微段電阻不僅不增加, 反而減少。在圓弧的其他各微段上, 感受的應(yīng)變是由+x變

25、化到- y的。這樣, 圓弧段的電阻變化, 顯然將小于同樣長(zhǎng)度沿x方向的直線段的電阻變化。 因此, 將同樣長(zhǎng)的金屬線材做成敏感柵后, 對(duì)同樣應(yīng)變, 應(yīng)變計(jì)敏感柵的電阻變化較小, 靈敏度有所降低。 這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變計(jì)的橫向效應(yīng)。第57頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日下面計(jì)算橫向效應(yīng)引起的誤差。 由彈性力學(xué)知, 對(duì)平面問(wèn)題, 如果已知任一點(diǎn)P處三個(gè)應(yīng)變分量x, y, xy, 則任何斜向微小線段的正應(yīng)變 式中, l、 m 為斜向小線段的方向余弦。 如圖 所示, 第58頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 斜向小線段的方向余弦第59頁(yè)，共152頁(yè)，2

26、022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日則 采用半角公式則第60頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 當(dāng)電阻絲受到x, y, xy作用時(shí), 半圓部分的伸長(zhǎng)為 式中, ls為半圓弧長(zhǎng), r為圓半徑。 設(shè)應(yīng)變計(jì)一個(gè)直線段的伸長(zhǎng)為 l1=xl1 (l1為直線段長(zhǎng)度) 若有n 個(gè)直線段, 而半圓弧共有(n-1)個(gè), 那么全長(zhǎng)為 L=n l1+(n-1) ls第61頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 整個(gè)應(yīng)變計(jì)電阻絲受x, y, xy作用后的總伸長(zhǎng)為 因電阻的變化與電阻絲之伸長(zhǎng)有如下關(guān)系 則得第62頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，

27、星期日 設(shè) 可寫成對(duì)其他型式應(yīng)變計(jì)也適用的一般形式 式中, kx為對(duì)軸向應(yīng)變的靈敏度系數(shù), 它代表y=0 時(shí), 敏感柵電阻相對(duì)變化與x之比, ky為對(duì)橫向應(yīng)變的靈敏度系數(shù), 它代表x=0 時(shí), 敏感柵電阻相對(duì)變化與y之比。 因?yàn)?第63頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 稱為橫向效應(yīng)系數(shù)。可見ls（r）愈小, l1愈大, H愈小。即敏感柵愈窄, 基長(zhǎng)愈長(zhǎng)的應(yīng)變計(jì), 其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。 因?yàn)榈?4頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日橫向效應(yīng)系數(shù)的測(cè)定方法：R1R2兩式相除第65頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日其

28、他特性參數(shù)(非重點(diǎn)）線性度 試件的應(yīng)變和電阻的相對(duì)變化R/R, 在理論上呈線性關(guān)系。 但實(shí)際上, 在大應(yīng)變時(shí), 會(huì)出現(xiàn)非線性關(guān)系。應(yīng)變計(jì)的非線性度一般要求在0.05%或1%以內(nèi)。應(yīng)變極限 粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)所能測(cè)量的最大應(yīng)變值稱為應(yīng)變極限。 在一定的溫度 (室溫或極限使用溫度) 下, 對(duì)試件緩慢地施加均勻的拉伸載荷, 當(dāng)應(yīng)變計(jì)的指示應(yīng)變值對(duì)真實(shí)應(yīng)變值的相對(duì)誤差大于10%時(shí), 就認(rèn)為應(yīng)變計(jì)已達(dá)到破壞狀態(tài), 此時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值就作為該批應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變極限。 mee8000lim第66頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日機(jī)械滯后和熱滯后 貼有應(yīng)變計(jì)的試件進(jìn)行加載和卸載時(shí), 其R

29、/R-特性曲線不重合。把加載和卸載特性曲線的最大差值稱為應(yīng)變計(jì)的機(jī)械滯后值。 零漂和蠕變 恒定溫度下, 粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì), 在不承受載荷的條件下, 應(yīng)變量隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變計(jì)的零漂。在恒溫恒載下, 粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，應(yīng)變量隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變計(jì)的蠕變。產(chǎn)生零漂和蠕變的主要原因是, 敏感柵通過(guò)工作電流后的溫度效應(yīng), 應(yīng)變計(jì)的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化, 粘接劑固化不充分等。 第67頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 應(yīng)變計(jì)的機(jī)械滯后圖 零漂和蠕變第68頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日疲勞壽命 已安裝的應(yīng)變計(jì), 在恒定幅值的交變應(yīng)力作用

30、下, 可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)。 所謂疲勞損壞是指應(yīng)變計(jì)指示應(yīng)變的變化超過(guò)規(guī)定誤差, 或者應(yīng)變計(jì)的輸出波形上出現(xiàn)毛刺, 或者應(yīng)變計(jì)完全損壞而無(wú)法工作。疲勞壽命反映應(yīng)變計(jì)對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的適應(yīng)能力。應(yīng)變計(jì)的疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)一般可達(dá)106次。 第69頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日最大工作電流 最大工作電流是指允許通過(guò)應(yīng)變計(jì)而不影響其工作的最大電流值。工作電流大, 應(yīng)變計(jì)輸出信號(hào)就大, 因而靈敏度高。但過(guò)大的工作電流會(huì)使應(yīng)變計(jì)本身過(guò)熱, 使靈敏系數(shù)變化, 零漂、蠕變?cè)黾? 甚至燒壞應(yīng)變計(jì)。工作電流的選取, 要根據(jù)散熱條件而定, 主要取決于敏感柵的幾何形狀和尺寸

31、、截面的形狀和大小、基底的尺寸和材料、粘合劑的材料和厚度以及試件的散熱性能等。通常允許電流值在靜態(tài)測(cè)量時(shí)約取25 mA左右, 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可高一些, 箔式應(yīng)變計(jì)可取更大些。在測(cè)量塑料、 玻璃、 陶瓷等導(dǎo)熱性差的材料時(shí), 工作電流要取小些。 第70頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日絕緣電阻 絕緣電阻是指應(yīng)變計(jì)的引線與被測(cè)試件之間的電阻值, 一般以兆歐計(jì)。 絕緣電阻過(guò)低, 會(huì)造成應(yīng)變計(jì)與試件之間漏電而產(chǎn)生測(cè)量誤差。 應(yīng)變計(jì)電阻值R 應(yīng)變計(jì)在未安裝也不受外力的情況下, 于室溫時(shí)測(cè)得的電阻值。這是使用應(yīng)變計(jì)時(shí)應(yīng)知道的一個(gè)參數(shù)。國(guó)內(nèi)應(yīng)變計(jì)系列習(xí)慣上選用120、 175、 350、

32、 500、 1000、 1500。 幾何尺寸 圓弧敏感柵應(yīng)變計(jì)敏感柵基長(zhǎng)L從圓弧頂部算起, 箔式應(yīng)變計(jì)則從橫向粗線的內(nèi)沿算起。通常應(yīng)變計(jì)L 約為230mm, 箔式應(yīng)變計(jì)最小可達(dá)0.2mm, 長(zhǎng)的達(dá)100mm或更長(zhǎng)。 第71頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日2、應(yīng)變計(jì)的動(dòng)態(tài)特性 在測(cè)量頻率較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí), 應(yīng)考慮到它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。 在動(dòng)態(tài)情況下, 應(yīng)變以波動(dòng)形式在材料中傳播, 傳播速度為聲速。 應(yīng)力波從試件通過(guò)膠層、 基片傳到敏感柵需要一定時(shí)間。沿應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度方向經(jīng)過(guò)敏感柵需要更長(zhǎng)一些的時(shí)間。敏感柵電阻的變化是對(duì)某一瞬時(shí)作用于其上應(yīng)力的平均值的反應(yīng)。鋼材聲速為5000

33、m/s, 膠層聲速為1000m/s。 膠層和基片的總厚度約為0.05mm, 由試件經(jīng)過(guò)膠層和基片傳到敏感柵的時(shí)間約為 510-8s, 可以忽略不計(jì)。 然而, 當(dāng)應(yīng)變波沿敏感柵長(zhǎng)度方向傳播的影響, 應(yīng)加以考慮。 第72頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 階躍波沿敏感柵軸向傳播時(shí), 由于應(yīng)變波通過(guò)敏感柵需要一定時(shí)間, 當(dāng)階躍波的躍起部分通過(guò)敏感柵全部長(zhǎng)度后, 電阻變化才達(dá)到最大值。應(yīng)變計(jì)的理論響應(yīng)特性。由于應(yīng)變計(jì)粘合層對(duì)應(yīng)變中高次諧波的衰減作用, 實(shí)際波形如圖所示。如以輸出從最大值的10%上升到90%的這段時(shí)間為上升時(shí)間, 則可測(cè)頻率 0.35,rft=第73頁(yè)，共152

34、頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日階躍應(yīng)變波通過(guò)敏感柵及其波形圖 90%100%tr10%tk0.8uLts(a)(b)(c)uL第74頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 實(shí)際上tr值是很小的。 例如, 應(yīng)變計(jì)基長(zhǎng)L=20mm, 應(yīng)變 波速v=5000m/s時(shí), tr=3.210-6s, f=110 kHz。 當(dāng)測(cè)量按正弦規(guī)律變化的應(yīng)變波時(shí), 由于應(yīng)變計(jì)反映的應(yīng)變波形, 是應(yīng)變計(jì)線柵長(zhǎng)度內(nèi)所感受應(yīng)變量的平均值, 因此應(yīng)變計(jì)反應(yīng)的波幅將低于真實(shí)應(yīng)變波, 從而帶來(lái)一定誤差。顯然, 這種誤差將隨應(yīng)變計(jì)基長(zhǎng)的增加而加大。 當(dāng)基片一定時(shí)將隨頻率的增加而加大。表示應(yīng)

35、變計(jì)正處于應(yīng)變波達(dá)到最大值時(shí)的瞬時(shí)情況。應(yīng)變波的波長(zhǎng)為, 應(yīng)變計(jì)的基長(zhǎng)為L(zhǎng), 兩端點(diǎn)的坐標(biāo)為x1和x2, 而 此時(shí)應(yīng)變計(jì)在其基長(zhǎng)L內(nèi)測(cè)得的平均應(yīng)變p達(dá)到最大值。 其值為第75頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D第76頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 設(shè)= , 因而應(yīng)變波幅測(cè)量的相對(duì)誤差e為 因?yàn)? 第77頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 對(duì)于鋼材 v =5000m/s, 若要e=1%時(shí), 對(duì)L=1mm的應(yīng)變計(jì), 其允許的最高工作頻率為 由上式可知, 測(cè)量誤差e與應(yīng)變波長(zhǎng)對(duì)基長(zhǎng)的相對(duì)比值n=/L有關(guān), 其關(guān)系曲線如

36、圖2.9所示。/L愈大, 誤差e愈小。一般可取/L=1020, 其誤差 e小于1.60.4%。 又有f=v/(nL)。即 n愈大, 工作頻率愈高。 第78頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖 2.9第79頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日六、應(yīng)變計(jì)的溫度特性及補(bǔ)償(掌握)1、熱輸出及原因（1）敏感柵電阻值（T）（2）線膨脹系數(shù)不匹配由于溫度變化引起的應(yīng)變輸出熱輸出-敏感材料的電阻溫度系數(shù)分別為應(yīng)變柵與試件材料的膨脹系數(shù)。第80頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日例解： 2、熱輸出的補(bǔ)償方法（1）單絲自補(bǔ)償-敏感材料的

37、電阻溫度系數(shù)第81頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（2）雙絲自補(bǔ)償（3）橋路補(bǔ)償法相同的應(yīng)變片平衡電阻-敏感材料的電阻溫度相反返回第82頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日三、測(cè)量電路及電阻應(yīng)變儀(掌握)例 變化 電阻應(yīng)變計(jì)電橋電路機(jī)械應(yīng)變U(I) 變化電阻應(yīng)變儀放大、顯示第83頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日一、應(yīng)變電橋(掌握)雙臂應(yīng)變電橋單臂應(yīng)變電橋全臂應(yīng)變電橋直流電橋：R交流電橋: R、L、C不平衡橋式：偏差測(cè)量法（動(dòng)態(tài)）平衡橋式：零位測(cè)量法（靜態(tài)）半等臂電橋全等臂電橋工作方式橋臂關(guān)系電源負(fù)載工作臂電壓輸出橋

38、：功率輸出橋：U、I電源端對(duì)稱輸出端對(duì)稱第84頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日二、直流電橋及輸出特性(掌握)初始平衡條件：或此時(shí)1、電壓輸出橋的輸出特性第85頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日ABC：ADC：電橋平衡條件：第86頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日橋臂比線性部分非線性部分-為非線性系數(shù)第87頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日討論：全等臂電橋半等臂對(duì)輸出端對(duì)稱電橋線性部分-非線性誤差第88頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（1）電橋的靈敏度（2）電橋的

39、非線性補(bǔ)償措施加減特性，雙臂或四臂差動(dòng)工作方式K：金屬 半導(dǎo)體（3）電橋的加減特性對(duì)象：全等臂電橋、對(duì)輸出端對(duì)稱電橋 “相鄰臂相減，相對(duì)臂相加”第89頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日一個(gè)橋臂R1工作兩個(gè)相鄰橋臂工作第90頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日兩個(gè)相對(duì)橋臂工作全臂工作第91頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日電橋加減特性 “相鄰臂相減，相對(duì)臂相加”例 ： 分析橋路補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑斫猓?第92頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日例 解： 第93頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月

40、20日，21點(diǎn)31分，星期日例 利用全橋測(cè)量提高靈敏度并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。解 第94頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日恒流源供電法a恒流源供電電橋特點(diǎn)：橋路供電電流I =恒量。工作原理分析 設(shè)：流過(guò)R1、R2支路的電流為I1； 流過(guò)R3、R4支路的電流為I2。輸出U 0在無(wú)應(yīng)變時(shí)為:當(dāng)有應(yīng)變發(fā)生時(shí)R 1 R 1+R 1，在無(wú)應(yīng)變時(shí)滿足R1=R2=R3=R4輸出為：?。簳r(shí)，舍掉的非線性因子：比小得多。恒流源供電法(了解)a恒流源供電電橋第95頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日2、功率輸出橋的輸出特性(了解)輸出功率最大的條件：第96頁(yè)，共152頁(yè)，

41、2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（1）全等臂電橋（2）半等臂對(duì)輸出端對(duì)稱電橋第97頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日三、交流電橋及其平衡(了解) 根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。 圖為半橋差動(dòng)交流電橋的一般形式，為交流電壓源， 由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，其中Z1, Z2, Z3, Z4為復(fù)阻抗。即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容，其電源電壓, 輸出電壓均應(yīng)用復(fù)數(shù)表示。則每一橋臂上復(fù)阻抗分別為 第98頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5

42、月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 交流電橋 第99頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日輸出電壓的特性方程為第100頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日平衡條件或1、交流電橋平衡條件第101頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（1）電阻調(diào)平法2、交流電橋的調(diào)平方法串聯(lián)電阻法并聯(lián)電阻法第102頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（2）電容調(diào)平法差動(dòng)電容法阻容調(diào)平法第103頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日四、電阻應(yīng)變儀(了解)1、分類第104頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20

43、日，21點(diǎn)31分，星期日第105頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日2、結(jié)構(gòu)及工作原理電橋：電源 400 2000Hz，被測(cè)應(yīng)變信號(hào)放大器：放大倍數(shù)帶寬振蕩器：載波信號(hào)、相敏檢波器的參考電壓相敏檢波器：檢波器（解調(diào)）、辨別相位第106頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 電阻應(yīng)變儀方框圖第107頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 在測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變時(shí),不是將由相敏檢波器檢波后的信號(hào)直接記錄、處理或顯示,而是采用一個(gè)讀數(shù)電橋來(lái)測(cè)定應(yīng)變。讀數(shù)電橋與測(cè)量電橋都由同一振蕩器來(lái)供電,它們的輸出端反向串聯(lián)起來(lái)輸入到放大器的輸入變壓器的

44、初級(jí)。 第108頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 當(dāng)測(cè)量電橋感受應(yīng)變,使電橋不平衡而有一輸出電壓e1時(shí),適當(dāng)改變讀數(shù)電橋的橋臂電阻值,使其失去平衡輸出一個(gè)幅值大小與測(cè)量電橋輸出電壓相等而相位相反的輸出電壓e2。當(dāng)e1-e2=0時(shí),檢流計(jì)指示為零;當(dāng)e1e2時(shí),放大器立即將它放大,引起檢流計(jì)很大偏轉(zhuǎn),從而能夠很精確地調(diào)整讀數(shù)電橋的橋臂阻值使e1很精確地等于e2。 第109頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 由于測(cè)量電橋與讀數(shù)電橋均由同一振蕩器供電,因此電源電壓的波動(dòng),將對(duì)e1、e2產(chǎn)生同樣比例的影響,所以不會(huì)影響應(yīng)變讀數(shù)。另外,在這種情況下,

45、放大器以及檢流計(jì)只起平衡指示作用,只要放大器放大系數(shù)足夠大,檢流計(jì)比較靈敏就夠了。對(duì)放大系數(shù)的穩(wěn)定性和檢流計(jì)的精度要求就可以大為降低。零值法的優(yōu)點(diǎn)是,測(cè)量精度主要取決于讀數(shù)電橋的精度,而不受電橋供電電壓波動(dòng)以及放大器放大系數(shù)波動(dòng)等的影響,因此測(cè)量精度較高。但由于需要進(jìn)行手調(diào)平衡,故一般用于靜態(tài)測(cè)量。 第110頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 通常的靜、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的測(cè)量電路有交流供橋載波放大和直流供橋直流放大兩種類型。交流供橋載波放大具有靈敏度高,穩(wěn)定性好,受外界干擾和電源影響小及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。但存在工作頻率上限較低,導(dǎo)線分布電容影響大等缺點(diǎn)。而直流放大器等則相反

46、,工作頻帶寬,能解決分布電容等問(wèn)題。但它需配用精密電源供橋和穩(wěn)定的直流放大器,造價(jià)較高。第111頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 在數(shù)字應(yīng)變儀、超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀中已逐漸采用由參考穩(wěn)壓電源和運(yùn)算放大電路組成的直流電橋電路。當(dāng)然,直流放大器原理上的缺點(diǎn)并未徹底克服,實(shí)際運(yùn)用時(shí),需采取各種輔助技術(shù)。由于直流電橋輸出的穩(wěn)定性和供橋直流電壓的穩(wěn)定性密切相關(guān),因此,直流電橋必須有一個(gè)穩(wěn)定的直流供橋電壓。采用集成的參考穩(wěn)壓電源和運(yùn)算放大電路可以得到穩(wěn)定的供橋直流電壓,如下圖所示。第112頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 基本電橋驅(qū)動(dòng)電路 第113頁(yè)，共1

47、52頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖為專用的傳感器電源模塊作為穩(wěn)定的直流供橋電壓源。圖中(a)為基本電路,圖(b)為電源模塊。因?yàn)殡姌蚬ぷ髟诜橇爿敵鰻顟B(tài),其激勵(lì)電壓發(fā)生變化會(huì)直接影響到電橋輸出的變化,對(duì)于低阻值電橋(應(yīng)變計(jì)使用低阻值應(yīng)變計(jì)時(shí))連接到電橋激勵(lì)端的導(dǎo)線上的電壓降可能明顯地改變電橋激勵(lì)電壓,從而產(chǎn)生誤差。 第114頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D第115頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D第116頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 為了校正此誤差,常采用四線法(凱爾文法)連接電橋。兩

48、根導(dǎo)線傳送給電橋電流,另兩根導(dǎo)線感受在電橋兩端的實(shí)際電壓,此實(shí)際電壓反饋回來(lái)與參考電壓相比較,以調(diào)整供橋電源的輸出電壓維持在所要求的電橋電壓值上。高增益的反饋回路使輸給電橋的電壓必定是比較器輸入為零(Ur-kUB=0)時(shí),所需電壓,因此UB=Ur/k,如圖 (a)所示。第117頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第118頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日被測(cè)應(yīng)變信號(hào)調(diào)幅后輸出電壓一般檢波器檢波相敏檢波器檢波第119頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日3、環(huán)形相敏檢波器(掌握)拉伸應(yīng)變壓縮應(yīng)變第120頁(yè)，共152頁(yè)，202

49、2年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 拉伸應(yīng)變第121頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 壓縮應(yīng)變返回第122頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日五、電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用舉例一、應(yīng)變式傳感器的特點(diǎn)(了解)1、優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用和測(cè)量范圍廣精度和靈敏度高頻率響應(yīng)特性好對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)商品化2、缺點(diǎn)大應(yīng)變下的非線性屏蔽措施不能測(cè)應(yīng)力梯度的變化0.1%0.01%幾十上百KHz第123頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日二、應(yīng)變計(jì)的使用(了解)1、應(yīng)變計(jì)的型號(hào)代號(hào)第124頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日

50、2、應(yīng)變計(jì)的選用（1）選擇類型(a) 、(f) 、(i) ：直角應(yīng)變花(b)、(g)：45 。應(yīng)變花(c)：45 。應(yīng)變花(d)、(e)：縱向、橫向應(yīng)變計(jì)鏈(h)：殘余應(yīng)變計(jì)第125頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日例 裂紋探測(cè)應(yīng)變計(jì)第126頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日例： 膜片式應(yīng)變壓力傳感器周邊固定的圓形金屬膜片徑向應(yīng)變切向應(yīng)變徑向負(fù)應(yīng)變切向正應(yīng)變第127頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（2）材料考慮（3）阻值選擇（4）尺寸選擇敏感柵、基底材料電阻應(yīng)變儀：120 提高靈敏度：大阻值 應(yīng)變梯度較大：柵長(zhǎng)較小

51、 瞬態(tài)及高頻動(dòng)態(tài)應(yīng)變：柵長(zhǎng)較小 3、應(yīng)變計(jì)的使用方法（1）粘結(jié)劑的選擇（2）應(yīng)變片的粘貼準(zhǔn)備涂膠貼片復(fù)查接線防護(hù)第128頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第129頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日應(yīng)變式測(cè)力 應(yīng)變式測(cè)力傳感器由彈性體、應(yīng)變計(jì)和外殼組成。彈性體是測(cè)力傳感器的基礎(chǔ),應(yīng)變計(jì)是傳感器的核心。根據(jù)彈性體的結(jié)構(gòu)形式的不同可分為:柱式、輪輻式、梁式、環(huán)式等。 1、柱式傳感器 柱式傳感器是稱重(或測(cè)力)傳感器應(yīng)用較普遍的一種形式。它分為圓筒形和柱形兩種。圖2.23畫出了傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和外形。其結(jié)構(gòu)是在圓筒或圓柱上按一定方式貼上應(yīng)變計(jì)。圓筒

52、或圓柱在外力F作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)榈?30頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖 柱式傳感器 (a)圓柱; (b)圓筒; (c)外形第131頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 2. 輪輻式傳感器 輪輻式傳感器是一種剪切力傳感器。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,由輪轱1、輪圈2、輪輻條3、承壓應(yīng)變計(jì)4和拉伸應(yīng)變計(jì)5等組成。輪輻條成對(duì)地連接在輪圈和輪轱之間,可為四根或八根(圖中為四根)。采用鋼球傳遞重力,因?yàn)閳A球壓頭有自動(dòng)定中心的功能。測(cè)量橋路如圖所示。當(dāng)外力F作用在輪轱的上端面和輪圈下端面時(shí),使矩形輻條產(chǎn)生平行四邊形的變形,如圖所示。當(dāng)兩個(gè)輪輻條互相垂直時(shí)

53、,其最大剪應(yīng)力及剪應(yīng)變分別為第132頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖 輪輻式傳感器(a)結(jié)構(gòu)示意圖; (b)外形第133頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 3.懸臂梁式傳感器 懸臂梁式傳感器是一種低外形、高精度、抗偏、抗側(cè)性能優(yōu)越的稱重測(cè)力傳感器。采用彈性梁及電阻應(yīng)變計(jì)作敏感轉(zhuǎn)換元件,組成全橋電路。當(dāng)垂直正壓力或拉力作用在彈性梁上時(shí),電阻應(yīng)變計(jì)隨金屬?gòu)椥粤阂黄鹱冃?其應(yīng)變使電阻應(yīng)變計(jì)的阻值變化,因而應(yīng)變電橋輸出與拉力(或壓力)成正比的電壓信號(hào)。配以相應(yīng)的應(yīng)變儀,數(shù)字電壓表或其他二次儀表,即可顯示或記錄重量(或力)。第134頁(yè)，共152頁(yè)

54、，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 圖 懸臂梁(a)等截面梁; (b)等強(qiáng)度梁 第135頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 幾種梁式傳感器外形 第136頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日4、應(yīng)用舉例(掌握)例： 筒形結(jié)構(gòu)的稱重傳感器FFF彈性元件傳感元件(應(yīng)變片)被測(cè)非電量電阻應(yīng)變（1）應(yīng)變式力傳感器電子自動(dòng)秤第137頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日F第138頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日 應(yīng)變式加速度傳感器主要用于物體加速度的測(cè)量。其基本工作原理是：物體運(yùn)動(dòng)的加速度與作

55、用在它上面的力成正比， 與物體的質(zhì)量成反比，即a=F/m。 圖是應(yīng)變片式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中1是等強(qiáng)度梁，自由端安裝質(zhì)量塊2，另一端固定在殼體3上。等強(qiáng)度梁上粘貼四個(gè)電阻應(yīng)變敏感元件4 。為了調(diào)節(jié)振動(dòng)系統(tǒng)阻尼系數(shù)， 在殼體內(nèi)充滿硅油。 （2）應(yīng)變計(jì)式加速度傳感器第139頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日?qǐng)D 電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 第140頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日慣性系統(tǒng)：a F適用頻率：10 60Hz第141頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日第142頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，

56、21點(diǎn)31分，星期日（3）應(yīng)變計(jì)式位移傳感器測(cè)量范圍：0.1um 0.1mm角位移傳感器第143頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日（4） 應(yīng)變式扭矩傳感器力矩：轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)L、D 扭矩軸的軸長(zhǎng)、 軸直徑G 扭矩軸的彎曲系數(shù)T 扭矩扭矩角：?jiǎn)挝唬篘 . m壓縮力拉伸力軸的扭轉(zhuǎn)彈性形變程度返回第144頁(yè)，共152頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)31分，星期日電阻式傳感器有哪些主要類型？什么是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)？什么是半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)？比較金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片相同點(diǎn)與不同點(diǎn)？采用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常用溫補(bǔ)的方法有哪些？ 分析采用橋路補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑?？如果?00電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件受力橫截面積S=0.510-4m2，彈性模量正E=21011Nm2，若有F=5104N的拉力引起應(yīng)變電阻變化為1。試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)? 課本上42頁(yè) 3.5 3.6 3.9 三