項(xiàng)目二力檢測

項(xiàng)目二力檢測

完成本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)后，能夠：1、了解彈性敏感元件的特性及要求。2、掌握電阻應(yīng)變效應(yīng)及半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。3、了解電橋電路的作用。4、掌握電阻應(yīng)變片等力傳感器的測量電路。5、掌握壓電式傳感器的工作原理，理解其特點(diǎn)。6、了解力傳感器的應(yīng)用。7、了解壓電式傳感器的應(yīng)用。[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

任務(wù)1：電子地磅檢測重量

[任務(wù)背景]電子地磅秤，是廠礦、商家等用于大宗貨物計(jì)量的主要稱重設(shè)備。[相關(guān)知識]在二十世紀(jì)80年代之前常見的地磅秤一般是利用杠桿原理純機(jī)械構(gòu)造的機(jī)械式地磅秤也稱作機(jī)械地磅。二十世紀(jì)80年代中期，隨著高精度稱重傳感器技術(shù)的日趨成熟，機(jī)械式地磅逐漸被精度高、穩(wěn)定性好、操作方便的電子地磅秤所取代。一、測力傳感器的彈性敏感元件

彈性敏感元件把力或壓力轉(zhuǎn)換成了應(yīng)變或位移，然后再由傳感器將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換成電信號。

相關(guān)知識點(diǎn)：（二）、彈性敏感元件的特性物體在外來因素作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變稱為變形。如果變形后的物體在外力去除后又恢復(fù)原來形狀的變形稱為彈性變形。具有彈性變形特性的物體稱為彈性敏感元件。①剛度②靈敏度（三）彈性敏感元件的基本要求及分類1.彈性敏感元件的基本要求①良好的機(jī)械特性（強(qiáng)度高、抗沖擊、韌性好、疲勞強(qiáng)度高等）和良好的機(jī)械加工及熱處理性能。②良好的彈性（彈性極限高、彈性滯后和彈性后效小等）。③良好的抗氧化性和抗腐蝕性。④應(yīng)保證長期使用和溫度變化時(shí)的穩(wěn)定性。2.彈性敏感元件的分類根據(jù)彈性敏感元件輸入量的不同，可以分為兩大類：

①變換力（力矩）的彈性元件這類彈性敏感元件大都采用等截面柱式、圓環(huán)式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結(jié)構(gòu)。

②變換壓力的彈性敏感元件這類彈性敏感元件常見的有彈簧管、波紋管、波紋膜片、膜盒和薄臂圓筒等，它可以把流體產(chǎn)生的壓力變換成位移量輸出。二、電阻應(yīng)變式傳感器

電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)原理制成的，主要用于機(jī)械量的檢測中，如力、壓力等物理量的檢測。電阻應(yīng)變效應(yīng)是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。1、電阻應(yīng)變式傳感器的特點(diǎn)：

電阻應(yīng)變式傳感器具有精度高、性能穩(wěn)定、測量范圍寬、可制成各種機(jī)械量傳感器，并且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，可在超低溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)磁場等惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)。

2.電阻應(yīng)變式傳感器的外形3、金屬電阻應(yīng)變式傳感器

考慮一段金屬導(dǎo)體（l,,S），如圖所示

圖金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)

未受力時(shí)，原始電阻為

當(dāng)受拉力F作用時(shí)，將伸長l，橫截面積相應(yīng)減小S，電阻率ρ則因晶格變形等因素的影響而改變，故引起電阻變化R。將上式全微分，并利用相對變化量表示，則有式中，l/l=ε，為金屬導(dǎo)體電阻絲的軸向應(yīng)變由于S=d2/4，則S/S=2d/d,其中d/d為橫向(縱向)應(yīng)變；且由材料力學(xué)知，d/d=，式中為金屬材料的泊松比。將前面關(guān)系代入上式得

金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏度為

對于金屬材料，/較小，可以略去；且=0.2～0.4，K≈1+2=1.4～1.8則，實(shí)際測得K≈2.0，說明(/)/項(xiàng)對K還是有一定影響。一般情況下，在應(yīng)變極限內(nèi)，金屬材料電阻的相對變化與應(yīng)變成正比R/R=K?

應(yīng)變片測試原理

使用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，將應(yīng)變片牢固地粘貼在彈性試件上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片電阻變化R。如果應(yīng)用測量電路和儀器測出R，可得彈性試件的應(yīng)變值

，而根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：=E，可以得到被測應(yīng)力值

。其中，E—試件材料彈性模量；—試件的應(yīng)力；—試件的應(yīng)變。

力F?應(yīng)力?應(yīng)變(=/E)?R通過彈性敏感元件的作用，可以將應(yīng)變片測應(yīng)變的應(yīng)用擴(kuò)展到能引起彈性元件產(chǎn)生應(yīng)變的各種非電量的測量，從而構(gòu)成各種電阻應(yīng)變式傳感器。4、電毀阻應(yīng)窮變片循的類編型及撿常用夢材料根據(jù)景應(yīng)變窄片的區(qū)質(zhì)地耽，主唐要有柴金屬留電阻鑰應(yīng)變扁片和鉗半導(dǎo)簽體應(yīng)刪變片狐兩大嘴類。（1）懸金蠅屬電啄阻應(yīng)蹲變片此類序應(yīng)變引片的混結(jié)構(gòu)行形式累有絲式界、箔隆式和賭薄膜論式三種君。a、斃絲式果應(yīng)變必片如下久圖a所示觸，它勿是將筑金屬直絲按超圖示題形狀致彎曲揉后用軍粘合攪劑貼醋在襯漫底上汪而成訂，基亞底可泊分為景紙基吼，膠督基和泥紙浸突膠基段等。聚電阻媽絲兩蔽端焊料有引費(fèi)出線琴，使舅用時(shí)焦只要御將應(yīng)遲變片贈(zèng)貼于綠彈性屆體上戚就可婆構(gòu)成郵應(yīng)變剪式傳需感器壺。它結(jié)酷構(gòu)簡棚單，都價(jià)格遺低，示強(qiáng)度歷高，孩但允扯許通俯過的既電流那較小目，測繪量精盆度較爹低，復(fù)適用窗于測觸量要機(jī)求不佳很高膚的場雁合使值用。b、國箔式井應(yīng)變雜片該類賓應(yīng)變腦片的糊敏感故柵是鏡通過刃光刻槐、腐覆蝕等謎工藝炊制成餡。箔偏柵厚自度一聯(lián)般在0.危00親3-脅0.得01蝴mm之間闊，它窩的結(jié)徐構(gòu)如棋上圖b所示晝。箔競式應(yīng)周變片賄與絲聲式應(yīng)憶變片盈比較篇其面東積大驗(yàn)，散候熱性錘好，另允許刊通過星較大研的電曠流?？朴捎陬}它的亞厚度厲薄，床因此獸具有燥較好宗的可喉繞性島，靈雷敏度將系數(shù)訊較高院。箔雜式應(yīng)倒變片遺還可偵以根客據(jù)需榮要制賄成任廚意形甘狀，傍適合裕批量計(jì)生產(chǎn)摩。C、金弦屬薄刮膜應(yīng)桿變片它是仙采用翼真空聰蒸鍍使或?yàn)R如射式塌陰極育擴(kuò)散肌等方稿法，點(diǎn)在薄妻的基底材掠料上蹦制成憑一層斷金屬赴電阻勾材料傘薄膜依以形姓成應(yīng)翻變片棗。這仆種應(yīng)豪變片有忠較高術(shù)的靈陵敏度錘系數(shù)貿(mào)，允挽許電億流密涉度大抱，工句作溫箏度范律圍較抽廣?？偠跹灾饘僦觌娮璨耸綉?yīng)眼變片甲一般籍是由棍蓋層棟、敏減感柵靜、基亦底及溉引線辰和粘戴結(jié)劑甩組成甘的，巧敏感道柵可石由金埋屬絲搜、金納屬箔蘋制成幟，它砌是轉(zhuǎn)勁換元重件，泥被粘番貼在治基底牙上。夕基底猴起絕珍緣作爆用，裝蓋層疫起絕晃緣保胳護(hù)作需用。引線翠起測攪量導(dǎo)黨線之考用。5、電醉阻應(yīng)友變式傳感強(qiáng)器的濟(jì)測量柳電路應(yīng)變問片的霉測量塑電路由前婆可知啦，應(yīng)險(xiǎn)變片他的電待阻變裹化值厚很微律弱，腐用萬加用表惡無法撫測量很，同脆時(shí)為尤了便拒于顯鑄示或替控制幅需將立Ｒ轉(zhuǎn)芽換成給Ｕ、倦Ｉ，軋所以蘿通常焦采用電橋作為口測量百電路必。由于尿應(yīng)變閑片的粗應(yīng)用灰非常陜廣泛醬，其今測量舊電路率已有寬很多貍種標(biāo)掏準(zhǔn)形慚式，隊(duì)稱為應(yīng)變飽儀。根據(jù)歲供電慨電源福的不巾同，賊電橋麥又可環(huán)分為碰直流就電橋淡和交翠流電健橋兩探種。根據(jù)永電橋絹的讀況數(shù)方王法不耐同，女又分詢?yōu)閮筛镱悾浩胶饽X電橋訓(xùn)：精承度高朗，只凍適用繞于測叢量靜豪態(tài)參債數(shù)不平可衡電屑橋：嘩精度你較低知，使不用方周便，昂可測殊靜、謀動(dòng)態(tài)負(fù)參數(shù)電阻鄭應(yīng)變廚片的拜測量肅電路直流光電橋毒1.直流壁電橋胖平衡揚(yáng)條件圖直流柿電橋當(dāng)RL→∞時(shí)，庫電橋冠輸出扇電壓朗為當(dāng)電濫橋平榨衡時(shí)帆，Uo=0，則有R1R4=R2R3或電橋償平衡勺條件挺：欲使滋電橋正平衡鮮，囑其相伴鄰兩蒜臂電舟阻的庭比值贏應(yīng)相靜等，鵝或允相對蔬兩臂倦電阻窯的乘數(shù)積應(yīng)壘相等煙。電橋孔平衡懲條件2.電壓濟(jì)靈敏登度應(yīng)變意片工筋作時(shí)丈：電咸阻值母變化手很小川，電缸橋相恒應(yīng)輸搞出電緩壓也劉很小射，一脹般需求要加等入放大臉器進(jìn)行伸放大表。由巾于放大大器坐的輸討入阻佩抗比愚橋路拜輸出風(fēng)阻抗?jié)嵏吆芾K多，陰所以薄此時(shí)拍仍視饑電橋沒為開路情況享。當(dāng)受還應(yīng)變科時(shí)：冊若應(yīng)間變片妄電阻甲變化圍為ΔR，其它短橋臂魄固定填不變載，電泰橋輸晶出電患壓Uo≠0，則電奶橋不嶄平衡傻，輸藥出電托壓為設(shè)橋?qū)俦郾萵=R2/R1，由于ΔR1<<R1，分母制中ΔR1/R1可忽懂略，未并饅考慮點(diǎn)到平棚衡條厲件R2/R1=R4/R3，則上猛式可致寫為電橋毯電壓幫靈敏愧度定義低為分析壯：彈①電橋刃電壓千靈敏比度正鋒比于勻電橋典供電困電壓戴，應(yīng)供電距電壓部越高衰，絹電橋秒電壓童靈敏誘度越均高，稼但供舟電電漿壓的講提高胖受到頁應(yīng)變肌片允樂許功秒耗的控限制亞，所琴以要辟作適愉當(dāng)選維擇；煮②電橋跟電壓林靈敏惱度是撓橋臂卵電阻截比值n的函偽數(shù)，艙恰當(dāng)胡地選始擇橋助臂比n的值貝，保通證電部橋具頑有較識高的朵電壓愛靈敏恥度。臟？當(dāng)E值確匯定后蜜，n取何牽值時(shí)俱才能典使KU最高投？分析裂：思路仗：dKU/dn=倡0求KU的最秩大值求得n=1時(shí)，KU為最坐大值鎮(zhèn)。即蜘在供著橋電戶壓確屈定后迷，當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)，著電橋償電壓仍靈敏鋸度最競高，歷此時(shí)春有結(jié)論盾：當(dāng)為電源害電壓E和電負(fù)阻相秩對變濟(jì)化量ΔR1/R1一定豈時(shí)，算電旗橋的殺輸出副電壓周及其捏靈敏開度也島是定害值，眼且與偉各橋蓄臂電車阻阻蘿值大垮小無場關(guān)。3.非線寸性誤羨差及山其補(bǔ)找償方沾法與ΔR1/R1的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為理想?yún)R情況（略去臘分母某中的ΔR1/R1項(xiàng)）歌：實(shí)際呆情況（保獎(jiǎng)留分堵母中濟(jì)的ΔR1/R1項(xiàng)）趁：如果日橋臂匪比n=1，則駛：例如遙：對于叉一般嫂應(yīng)變顏片：萍所受丈應(yīng)變ε通常院在50牧00槳μ以下暢，若降取KU=2，則ΔR1/R1=KUε=0躁.0殺1，計(jì)恐算得虛非線泥性誤固差為0.挎5%；若KU=1介30，ε=1綱00公0μ時(shí)，ΔR1/R1=0仿.1剪30，則得嘆到非壓線性錘誤差封為6%，故煌當(dāng)非腹線性度誤差零不能瓣滿足墓測量暴要求錫時(shí)，夢必須傻予以編消除蓋。圖差動(dòng)膀電橋減小府和消寄除非抹線性嗓誤差烘的方該法半橋焰差動(dòng)：在蠻試件臟上安漏裝兩氣個(gè)工敲作應(yīng)花變片色，一現(xiàn)個(gè)受顛拉應(yīng)要變，耐一個(gè)卡受壓生應(yīng)變孩，洽接入址電橋案相鄰替橋臂看。魔該電牛橋輸徒出電魄壓為稱若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，則得可知完：Uo與ΔR1/R1成線睡性關(guān)驢系，餡無非煩線性剩誤差戲，而預(yù)且電蝴橋電饑壓靈辮敏度KU=E/2，是單殘臂工險(xiǎn)作時(shí)匯的兩倚倍。全橋祝差動(dòng)：電曠橋四朽臂接躁入四宴片應(yīng)軋變片可，即去兩個(gè)飾受拉頁應(yīng)變懲，兩慕個(gè)受添壓應(yīng)李變，紹將兩倒個(gè)應(yīng)紐奉變符胸號相頑同的士接入太相對茶橋臂唯上。采若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4，則結(jié)論隨：全汁橋差伴動(dòng)電顫路不象僅沒攻有非紡線性脾誤差差，而寶且電饞壓靈短敏度斑為單腸片工烘作時(shí)登的4倍。2交流講電橋引入放原因喪：由于漆應(yīng)變吃電橋糕輸出匯電壓吼很小抵，一樂般都迎要加翻放大規(guī)器，臺而直掛流放果大器畜易于銅產(chǎn)生擊零漂篩，因忽此應(yīng)樂變電膝橋多移采用提交流裹電橋桐。遲由于格供橋衫電源機(jī)為交夢流電里源敞，引使線分蹈布電折容使蟻得二咳橋臂臂應(yīng)變烈片呈橡現(xiàn)復(fù)織阻帝抗特械性，妹即相讓當(dāng)于濃兩只神應(yīng)變泳片各弄并聯(lián)抗了一雞個(gè)電債容。圖交流拍電橋式中,C1、C2表示貌應(yīng)變蠢片引令線分部布電箏容。每一子橋臂襯上復(fù)襯阻恭抗分嘉別為交流都電橋扛輸出蔽：電橋信平衡曬條件：Uo=0，即Z1Z4=Z2Z3整理憑可得變形疫為：交流捕電橋朋的平貴衡條睡件（實(shí)端部、版虛部蘇分別永相等魂）：圖3-塞12交流始電橋棒平衡夠調(diào)節(jié)當(dāng)被息測應(yīng)樸力變超化引轎起Z1=Z10+ΔZ,Z2=Z20－ΔZ變化難時(shí)（Z10=Z20=Z0），則電青橋輸月出為課堂村練習(xí)牛：如圖之所示升電路于是電久阻應(yīng)活變儀漢中所扇用的態(tài)不平丹衡電耗橋的制簡化迎電路暗，圖中R2陶=R虧3=課R是固摧定電組阻，R1與R4是電洲阻應(yīng)東變片廈，工炭作時(shí)R1受拉造，R4受壓筒，ΔR虧=0，橋耕路處溜于平信衡狀勝態(tài)，永當(dāng)應(yīng)喝變片濫受力發(fā)佛生應(yīng)掀變時(shí)姿，橋塌路失背去平倚衡，走這時(shí)前，就述用橋幼路輸貓出電青壓Uc病d表示懼應(yīng)變道片變倉后電掀阻值羽的變涉化量酬。試盡證明售：Uc父d=-（E/更2）(Δ凝R/炕R)。圖為陶一直伐流應(yīng)生變電銳橋，磚圖中E=愈8V，R1麥=R失2=訓(xùn)R3幼=R鹿4=糕12蕉0Ω，試全求：R1，R2都是尊應(yīng)變孝片，焰且批召號相窗同，此感應(yīng)餅應(yīng)變垮的極呼性和伏大小都相露同，絲式其余捧為外煩接電砍阻，豬電橋數(shù)輸出弓電壓U0=？題中，更如果R2與R1感受巴應(yīng)變目的極哭性相討反，玩且增差量ΔR霞1=回ΔR位2=槽1.握2Ω，電橋輸轉(zhuǎn)出電皮壓U0=？圖所樓示為悅等截渴面梁霸和電求阻應(yīng)胸變片煎構(gòu)成拐的測鍛力傳稻感器,若選禾用特慈性相案同的4片電鋪?zhàn)钁?yīng)洋變片R1學(xué)~R弟4,它們幻玉不受真力時(shí)織阻值抓均為12鉆0歐,靈敏辛度K=淘2,在Q點(diǎn)受燭力為F.(1繞)在測羊量電阻路圖b中，呆標(biāo)出降應(yīng)變搜片受歌力情咳況及吐其符為號．（２蠢）當(dāng)酒作用非力Ｆ醒＝２福０Ｎ初時(shí)，瀉應(yīng)變股片若作蕉用力她Ｆ＝忍８０梯Ｎ時(shí)貧，＝4.鴉8×1辮0-5為多養(yǎng)少？率電阻R1持,R鋤2,梅R3腥,R堅(jiān)4r的變康化量柿為多球少（３回）若庸每個(gè)爬電阻完應(yīng)變池片阻繡值的答變化詞為０挑．３夾歐，戒則輸討出電截壓為申多少FR1車,R打4R2骨,R液33VU06、電虧阻應(yīng)適變式彎傳感睡器的虧應(yīng)用男舉例電阻劫應(yīng)變搭式傳飛感器彈性震敏感變元件+電阻烤應(yīng)變束片?電阻內(nèi)應(yīng)變招式傳節(jié)感器1．柱洋（筒很）式踢力傳贏感器下圖訪為柱兇（筒?。┦教闪骶鄹衅魍溃瑥椇悦魜y感元挖件為悔實(shí)心賢或空青心的填柱體災(zāi)（截肝面積牌為S，材嘆料彈究性模這量為E），住當(dāng)柱奧體軸革向受普拉（費(fèi)壓）便力F作用隊(duì)時(shí)，設(shè)在彈沈性范浪圍內(nèi)刷，應(yīng)戀力與應(yīng)沖變成正愛比關(guān)價(jià)系=E1．柱蛋（筒串）式芹力傳割感器特點(diǎn)熄：結(jié)嬸構(gòu)簡夏單、努可承私受很竿大載享荷；多種割截面衛(wèi)形狀止：實(shí)屯心截你面、賄空心叔截面倍。軸向毀應(yīng)變：橫(周)向應(yīng)加變：y=剛應(yīng)變難片粘純貼在徐彈性慣柱體梨外壁岡應(yīng)力扣分布練均勻課的中獲間部坡分，趟沿軸癥向和愉周向真對稱遠(yuǎn)地粘竭貼多膜片應(yīng)篩變片渠。貼屑片在渡柱面凱上的孔展開稍位置痕及其執(zhí)在橋米路中號的連嫁接如訓(xùn)圖（d）和碎（e）所眨示。柱式檔力傳精感器上圖中風(fēng)作用澇力F在各扶應(yīng)變訊片上秘產(chǎn)生裳的應(yīng)鴿變分渣別為1=+t=2=3=45=太+t=6=7=8式中嗚，—柱體炎材料怎的泊頸松比瘦；t—溫度t所引必起的沖附加述應(yīng)變唯；—柱體捷在F作用闖下的迎軸向歷應(yīng)變言（=F/SE）。全橋語接法斧的總撤應(yīng)變0為0=2彩(1勉+)電橋削的輸密出電稠壓為從而陽得到焰被測酬力F為地磅回稱一擠般采笛用柱囑式力疲傳感埋器。汽車持衡示秧意圖液罐偷秤示熄意圖1-電動(dòng)穗比例對調(diào)節(jié)戲器；2-膨脹便節(jié)；3-化學(xué)苗原料方儲液典罐A；4-化學(xué)論原料譽(yù)儲液所罐B；5-荷重瓣傳感薪器（盯每罐塌各4只）頌；6-支撐伸構(gòu)件租；7-支撐戴平臺2.懸臂施梁式罷力傳劫感器如圖說所示罵，當(dāng)扎力F作用隱在彈卵性懸穗臂梁寄自由玻端時(shí)申，懸念臂梁產(chǎn)蝦生變黨形，綱在梁譯的上彩、下見表面對稱義位置上應(yīng)鬼變大待小相等，果極性輪相反富，若銜分別決粘貼撓應(yīng)變崖片R1、R4和R2、R3，并爐接成差瀉動(dòng)電直橋，鼓則電竭橋輸景出電劑壓Uo與力F成正們比。懸臂原粱式嗽力傳時(shí)感器(1鉗)等截和面梁(上圖夕（a）)1=4=x，2=3=x，成則被測草力F為(2)等強(qiáng)漢度梁(圖（b）)不隨立應(yīng)變顧片粘蹲貼位陽置變揚(yáng)化。(3以)其它具特殊作懸臂惱梁力室傳感法器圖特殊懇粱式眾力傳悉感器（a）雙稼孔粱豪；（b）單躲孔粱亭；（c）S型粱電子樓稱一唉般采魄用懸期臂梁怨式力直傳感測器。3．薄括壁圓析環(huán)式啞力傳儲感器如圖溫所示薄壁硬圓環(huán)愿式力捷傳感濁器示劫意圖4．輪暈輻式抹力傳羊感器輪輻貞式力甚傳感滴器示構(gòu)意圖如上沒圖所發(fā)示，秋在距飛離中周間加掀力部架位為lx的截字面上縱的彎彩矩為在lx截面宗處的服上、抹下表袍面應(yīng)根變?yōu)榘瓷隙▓D粘抹貼應(yīng)敗變片孔并接慰成全伶橋差蕩動(dòng)電鄙路，貼則電嶺橋輸胳出指冶示的外總應(yīng)雨變與懼外力F的關(guān)揚(yáng)系為電橋線輸出郵電壓批為5．軸霸剪切御力傳紋感器(主要貌用于輛扭矩喪測量)軸彈賄性元掩件式巖測力爛傳感詠器扭矩額傳感珠器應(yīng)變饒片的股粘貼鉛方式惰和測六量電素橋的降連接默如上教圖所榴示，靠當(dāng)彈甚性軸響剪切墻力作炊用時(shí)刃，應(yīng)茫變片粘受拉些力，請受壓稻應(yīng)力憶，其暖應(yīng)變寶為(實(shí)心昌軸)(空心缺軸)式中柿，D—軸外客徑（mm）；d—軸內(nèi)路徑（mm）；M—扭矩申（N·m）；μ—軸材減料泊石松比破；E—軸材浙料彈材性模談量。電橋脊輸出勒電壓Uo=UiK電阻搬應(yīng)變失式傳邊感器殿應(yīng)用進(jìn)實(shí)例色的電嫌路1．基佳本應(yīng)震用——平面針膜片勿式壓蹄力傳些感器圖所淹示為腹壓力駛應(yīng)變許計(jì)原辰理電務(wù)路。A1、A2、A3構(gòu)成念儀表放大嬌器，A4作為伶“電迎平轉(zhuǎn)鑼移”催。圖2-牲28壓力俘應(yīng)變拆計(jì)2．梁坊式彈澤性元耽件位獄移傳爬感器3．手內(nèi)提式蔬數(shù)字眾電子暑稱準(zhǔn)S型稱票重傳鴨感器臥如圖店所示海。準(zhǔn)S型稱粥重傳庫感器手提混數(shù)字駛電子志稱測繁量電淚路如德圖所羅示手提廣數(shù)字刷電子論稱測錘量電暮路（a）小坊數(shù)點(diǎn)埋顯示罵電路言；（b）手績提數(shù)同字電元子稱姨電路嚼圖三、旨壓阻析式傳趨感器壓阻怒式傳滴感器合是利用盆半導(dǎo)問體應(yīng)沸變片介的壓犯阻效塵應(yīng)而沫進(jìn)行蟻工作閑的。對一磚塊半躺導(dǎo)體棉材料偏的某踢一軸桿向施泛加一猜定的見載荷暈而產(chǎn)超生應(yīng)燈力時(shí)核，它往的電朽阻率拐會(huì)發(fā)敬生變紅化，痛這種辦物理齡現(xiàn)象徐稱為萄半導(dǎo)固體的商壓阻拿效應(yīng)脂。1半導(dǎo)掏體的頑壓阻注效應(yīng)半導(dǎo)筆體材靜料的濕壓阻羞效應(yīng)牽特別框強(qiáng)。壓阻洽式傳熱感器徒的靈共敏系晉數(shù)大抬，分駱辨率匠高。倉頻率區(qū)響應(yīng)染高，塊體積司小。較它主紋要用仆于測蘭量壓猴力、襖加速獨(dú)度和墊載荷林等參標(biāo)數(shù)。因?yàn)榧装雽?dǎo)插體材姿料對質(zhì)溫度襲很敏摸感，吹因此敬壓阻器式傳杜感器廢的溫糧度誤可差較紗大，蚊必須贊要有艘溫度鋪補(bǔ)償婦。分析焦：當(dāng)栽半導(dǎo)芽體應(yīng)循變片爪受軸跪向力離作用陰時(shí)，世其粱電阻想相對欠變化販為半導(dǎo)隊(duì)體應(yīng)禁變片甘的電脹阻率倉相對逆變化齊量與販所受的應(yīng)題變力語有關(guān)惑：式中攔：π—秩—半導(dǎo)撈體材竭料的需壓阻蝴系數(shù);σ——半導(dǎo)桂體材椒料的瓣所受爹應(yīng)變賽力;E——半導(dǎo)申體材雨料的桐彈性煉模量;ε——半導(dǎo)秘體材寬料的叢應(yīng)變軋。因此知：實(shí)驗(yàn)汗證明當(dāng)，πE比1+映2μ大上以百倍軋，所物以1+嗚2μ可以高忽略濕，因俊而半尋導(dǎo)體應(yīng)鵝變片劈燕的靈告敏系瞎數(shù)為池半導(dǎo)做體應(yīng)垮變片洗的靈柜敏系發(fā)數(shù)比株金屬自絲式匠高50～80倍，趴但搖半導(dǎo)諒體材悲料的六溫度在系數(shù)零大，堪應(yīng)變讀時(shí)非任線性輸比較猶嚴(yán)重?cái)偅故顾〉膽?yīng)攏用范渣圍受論到一螞定的簡限制犬。授測量拳原理：在信外力盞作用化下，仍被測旅對象緒產(chǎn)生菌微小罷機(jī)械乎變形悠，應(yīng)偷變片握隨著啦發(fā)生勇相同閱的變純化，陰同況時(shí)應(yīng)欣變片蹤蝶電阻蓮值也明發(fā)生間相應(yīng)劉變化珠。當(dāng)泳測得姻應(yīng)變體片電倡阻值壯變化錄量為ΔR時(shí)，堵便可蛋得到相被測烘對象抓的應(yīng)扯變值腹，促根據(jù)輛應(yīng)力鐵與應(yīng)膽變的染關(guān)系天，得盜到應(yīng)厭力值σ為σ=E·發(fā)ε２、儉壓阻勸式壓面力傳他感器登的工偉作過厭程壓阻遙式壓蚊力傳劣感器斜硅膜釣片兩錘邊有嫂兩個(gè)病壓力賞腔，勺一個(gè)棉是與恒大氣席相通徹的低勤壓腔不，另坡一個(gè)郵是與據(jù)被測弓壓力絞相連劑接的狗高壓膀腔。腎當(dāng)膜棄片兩勺邊存辟在壓取力差競時(shí)，宮膜片蚊產(chǎn)生顏?zhàn)冃谓?，膜爛片上晚各點(diǎn)設(shè)產(chǎn)生薯應(yīng)力廉。其晨上的顛四個(gè)釋電阻妹在應(yīng)撫力作廈用下荷，阻重值發(fā)漲生變雄化，泉電橋蠟失去豬平衡障，輸算出與骨膜片俘兩邊懇的壓裂力差拾成正暢比的默電壓親值。３、跪壓阻需式傳留感器哪的結(jié)槍構(gòu)主要沙優(yōu)點(diǎn)火是靈口敏系劫數(shù)比診金屬滅電阻社應(yīng)變勇片的藝靈敏系系數(shù)印大數(shù)陵十倍橫向道效應(yīng)獸和機(jī)號械滯酒后極艙小溫度器穩(wěn)定略性和別線性毒度比塑金屬購電阻餅應(yīng)變唐片差生得多均由桐硅膜筆片、掩引線呀與外邪殼組兇成四、遭正確茂使用阻測力速傳感發(fā)器（一丸）傳浩感器卷的選乓擇要犧求①技介術(shù)指監(jiān)標(biāo)要承求②使?jié)铆h(huán)池境要踩求④基熟本安避全要附求⑤可歐靠性姨要求⑥維油修及濤管理份要求對于遇一個(gè)珠具體打的傳純感器帽，需關(guān)滿足駁上述套部分穩(wěn)要求影即可濃。（二外）選斷用傳楊感器護(hù)的原頂則①根晉據(jù)測捏量對盼象與斃測量魯環(huán)境仔確定罷傳感察器的駐類型②靈粥敏度本的選蒜擇③頻弄率響薯應(yīng)特懶性④線駛性范核圍⑤穩(wěn)遣定性⑥精戀度（三環(huán)）使慈用注田意事初項(xiàng)①選愿擇稱潛重傳寧感器廢一定址要考魔慮環(huán)安境因使素、困適用和范圍太和精挺度要班求②選敞用的授傳感號器一怕般工賺作在涌滿量僚程的30背%-園70介%之間幼。③傳儉感器有使用敬中最塌大荷折載不啟能超交過滿刪量程盾的12外0%。④傳果感器滾和儀董表應(yīng)抄定期斥進(jìn)行通標(biāo)定桶，確磁保使湯用精粗度。⑤電水橋電拘壓要好穩(wěn)定狹，溫前漂、疏時(shí)漂桌要小禽，否漆則會(huì)摸引起鬧測量寸誤差史。由于宮傳感嶺器的骨精度射高低伴、性湊能好尺壞直母接影槳響到摸整個(gè)俊自動(dòng)拼測試兩系統(tǒng)炒的品戚質(zhì)和家運(yùn)行隊(duì)狀態(tài)竟。一畏般來絡(luò)說，爹對傳饑感器支的要票求是影全面梢的、額嚴(yán)格婦的，憲它們浙是選賣用傳絲式感器拋的依啞據(jù)。任務(wù)2：橋藥墩水踏下部巧位缺垂陷的侵檢測[任務(wù)煌背景]橋墩允水下臨及地苦表以辦下部暫位由輕于各陵種原術(shù)因會(huì)望產(chǎn)生閥一些途缺陷傅，它益是很制難被宿發(fā)現(xiàn)盟的，輛但又嫩直接賄威脅著到橋胸梁的施安全怪。用仁壓電納式加侄速度暴傳感泥器通膏過檢赴測橋通墩對矩振動(dòng)積的響徐應(yīng)，奧再進(jìn)趕行頻捆譜分慚析，激可判買定橋婚墩的狀內(nèi)部榨缺陷饒。[相關(guān)牲知識]壓電賞式傳庫感器笨是一吧種典猴型的胖自發(fā)晨電式肌傳感屬器，價(jià)它是昨由壓致電傳認(rèn)感元租件和派測量明轉(zhuǎn)換波電路晴組成先。一、判壓電氣傳感誕器的虹外形辜、技膀術(shù)指出標(biāo)和芳壓電群材料之的外價(jià)形（一喘）壓選電式薪傳感呼器的朗外形（二蕩）壓嘆電加部速度詢傳感蓬器的頓技術(shù)孕指標(biāo)壓電爭加速愛度傳鄉(xiāng)豐感器汁的技聲術(shù)指沸標(biāo)主升要有愁量程笛、靈噸敏度干、線乳性度鎮(zhèn)、分忘辨力陣、諧類振點(diǎn)擱和頻江響等哭。二、倘壓電議式傳圈感器爛的工澆作原唉理壓電扶式傳債感器陣的工默作原斤理是基于壯某些傻介質(zhì)錘材料漢的壓陪電效奴應(yīng),是典鈔型的于有源零傳感施器。當(dāng)材標(biāo)料受競力作酒用而都變形牲時(shí),其表旺面會(huì)漿有電飽荷產(chǎn)吃生，字從而用實(shí)現(xiàn)而非電殺量測卡量?；▔弘娝问絺鲬浉衅鞑鼐哂锌w積棚小,重量速輕,工作猶頻帶雙寬等干特點(diǎn),因此散在各完種動(dòng)舅態(tài)力攤、傻機(jī)械當(dāng)沖擊綱與振作動(dòng)的饅測量,以及視聲學(xué)爪、熄醫(yī)學(xué)談、力忍學(xué)、開宇航貼等方上面都紹得到投了非策常廣箱泛的喂應(yīng)用古。（一污）、粒壓電柴效應(yīng)皺及壓壯電材剝料某些蠟電介幕質(zhì)，除當(dāng)沿美著一丙定方樣向?qū)埰涫┠搅Χ鵂渴顾鼡褡冃翁貢r(shí)，肺內(nèi)部波就產(chǎn)逝生極鴨化現(xiàn)支象，詳同時(shí)艦在它辜的兩今個(gè)表貪面上只便產(chǎn)補(bǔ)生符鄙號相萌反的救電荷草，妨當(dāng)外軍力去易掉后屈，又希重新盡恢復(fù)累到不現(xiàn)帶電動(dòng)狀態(tài)列。這罪種現(xiàn)朽象稱奏壓電技效應(yīng)少。渴當(dāng)作兔用力炒方向沈改變卷時(shí)，覆電荷定的極牲性也次隨之燃改變笛。有他時(shí)人抽們把脂這種霞機(jī)械蒙能轉(zhuǎn)然換為候電能棄的現(xiàn)矮象，綁稱幣為“正變壓電奮效應(yīng)劉”。相反管，當(dāng)掏在電宇介質(zhì)娛極化所方向預(yù)施加點(diǎn)電場浪，這毀些電奏介質(zhì)壓也會(huì)降產(chǎn)生淘幾何侄變形肢，這惕種現(xiàn)軟象稱選為“逆毀壓電燦效應(yīng)內(nèi)”（電致蓬伸縮碼效應(yīng)援）。酸具有柱壓電曠效應(yīng)填的材洪料稱猴為壓吧電材抱料，臟壓電吐材料蛾能實(shí)樣現(xiàn)機(jī)—電能洲量的成相互她轉(zhuǎn)換二、膨常用偶壓電否材料幾種哈壓電徑材料涌的外近形如率圖所連示。１、無石英凳晶體禍的壓梨電特興性居里點(diǎn)573℃，六角晶系結(jié)構(gòu)光軸電軸機(jī)械業(yè)軸若從盤晶體泉上沿y方向婆切下襲一塊束上圖3所示策的晶閃片，境當(dāng)沿升電軸閱方向奶施加放作用驕力Fx時(shí)，免在與趟電軸x垂直醒的平卡面上到將產(chǎn)羽生電源荷，紹其掠大小途為式中,d11為x方向毛受力死的壓夫電系貓數(shù)。蒜若在頓同一雙切片罷上，各沿機(jī)候械軸y方向董施加獅作用脾力Fy，則仍省在與x軸垂熱直的混平面叼上產(chǎn)觸生電挪荷qy，其大覽小為式中魂：d12——y軸方臺向受務(wù)力的銜壓電渡系數(shù)禾，根蝴據(jù)石史英晶菌體的基對稱餡性，浩有d12=-d11；a、b——晶體觀切片眠的長微度和渴厚度多。霉電荷qx和qy的符身號由鑒受壓收力還紐奉是受杜拉力很決定尋。石英面晶體怨的上劇述特駁性與奇其內(nèi)否部分摘子結(jié)挑構(gòu)有須關(guān)。捐下圖錄是一訂個(gè)單歇元組兆體中劇構(gòu)成佳石英筆晶體枯的硅零離子無和氧午離子偽，在奸垂直挽于z軸的xy平面響上的滲投影膠，等勝效為皇一個(gè)正六疤邊形排列貿(mào)。燒圖中凱“+”代表唐硅離櫻子Si4+，“-”代表婆氧離尸子O2-。盾當(dāng)石顏英晶摸體未釀受外絡(luò)力作風(fēng)用時(shí)塞，正印、負(fù)飽離子逆正好蕩分布逢在正桿六邊泡形的碌頂角筐上，趁形成三個(gè)鋸互成12條0°夾角河的電脆偶極放矩P1、P2、P3。如圖晴（a）所示雞。石英拌晶體此壓電贏模型有(a高)不受墾力時(shí)堤；(b雜)x軸方稻向受匆力；(c府)y軸方尿向受洗力因?yàn)镻=ql,q為電缸荷量捉，l為正弄負(fù)電貢荷之饑間距猴離。仍此時(shí)虜正負(fù)公電荷脊重心款重合恩，電偶冬極矩適的矢烘量和絕等于闖零，即P1+P2+P3=0，所以晶體范表面并不產(chǎn)彩生電初荷，晚即呈布中性。雖當(dāng)石用英晶零體受剖到沿x軸方研向的泰壓力物作用蠅時(shí)，雙晶體敞沿x方向鍬將產(chǎn)貴生壓縮戚變形，正負(fù)霸離子茫的相筍對位溝置也灶隨之脆變動(dòng)。如厭上圖洞（b）所示堅(jiān)，此何時(shí)正倉負(fù)電豈荷重心猜不再沙重合，電漸偶極脈矩在x方向糕上的買分量筆由于P1的減濕小和P2、P3的增僑加而待不等煤于零滿。在x軸的駛正方嘆向出現(xiàn)計(jì)負(fù)電澡荷，電偶耳極矩續(xù)在y方向楊上的孔分量凝仍為弄零，不裹出現(xiàn)楊電荷烤。剛當(dāng)晶蜂體受確到沿y軸方籃向的嶄壓力維作用挪時(shí)，笑晶體疑的變腔形如喚上圖c所示雜。與山上圖甜（b）情況竊相似姥，P1增大親，P2、P3減小趟。在x軸上決出現(xiàn)起電荷護(hù)，它毒的極然性為x軸正棵向?yàn)槿颊娕篮?。在y軸方用向上距仍不久出現(xiàn)廈電荷縮慧。如果漠沿z軸方向唇施加峰作用鄙力，能因?yàn)轫暰w械在x方向支和y方向?qū)W所產(chǎn)守生的追形變滋完全馳相同世，所物以正排負(fù)電餃荷重殘心保系持重剛合，蹈電偶較極矩矢量昌和等開于零。這嗽表明悼沿z軸方炎向施釘加作問用力捎，晶天體不土?xí)a(chǎn)威生壓勁電效侮應(yīng)。露當(dāng)作靈用力Fx、Fy的方牽向相億反時(shí)成，電侍荷的卵極性非也隨減之改輝變。x軸方向受力：壓力x軸方向受力：拉力y軸方向受力：壓力y軸方向受力：拉力２、噴壓電飽陶瓷壓電棚陶瓷駱與石瘋英晶閉體不輪同，拼前者傲是人工您制造哲的多罪晶體茫壓電替材料，而后忙者是狐單晶懸體。壓電舞陶瓷枝在未進(jìn)騎行極叼化處理飯時(shí)，泄不具弓有壓祝電效覆應(yīng)；腳經(jīng)過極化綿處理后，嫩它的翠壓電紅效應(yīng)現(xiàn)非常匆明顯撞，具綁有很糠高的壟壓電蓬系數(shù)賢，為除石英但晶體遮的幾錢百倍閑。壓電滲陶瓷桐具有黨與鐵痛磁材候料磁踩疇結(jié)御構(gòu)類嘩似的攝電疇結(jié)構(gòu)壓電險(xiǎn)陶瓷桃的壓滑電現(xiàn)傷象未極化前：不具壓電性撤銷外電場加外電場E三、咐等效拉電路何和測勿量電佩路壓電茅傳感敘器在羅受外運(yùn)力作薪用時(shí)輩，在斑兩個(gè)孕電極豈表面渴將要炸聚集蒜電荷禾，且伙電荷安量相約等，候極性元相反測。這初時(shí)它峽相當(dāng)者于一餡個(gè)以研壓電桿材料殘為電俘介質(zhì)唱的電鏈容器辟，其顆電容央量為ε0為真秀空介妥電常限數(shù)；εr為壓秤電材蘭料的阿相對松介電衡常數(shù)叨；d為壓顆電元固件的籌厚度梨；A為壓仆電元勒件極睛板面椒積。1、壓略電晶句片的派連接碌方式并聯(lián)接法串聯(lián)接法在上輪述兩敘種接挪法中塔，并聯(lián)轎接法輸出京電荷繭大，閃本身票電容覺大，苗時(shí)榨間常伶數(shù)大姥，適安宜用盈在測量嶄慢變滔信號象并且賠以電軌荷作系為輸?shù)俺隽康膱鲷敽稀?quán)而串聯(lián)匹接法輸出澆電壓情大，文本身?xiàng)夒娙菡仔。m宜犧用于郊以電壓奧作輸刊出信毀號，鍋并且驚測量夠電路由輸入腫阻抗批很高的場被合。飲因此倒可以再把壓真電式哪傳感柱器等不效成韻一個(gè)媽與電曠容相宅并聯(lián)煤的電荷吃源，也津可以萍等效秩為一輛個(gè)電壓洗源與熔電容串聯(lián)夠。2、等無效電梅路電荷影等效兇電路電壓波等效支電路3、完整掀等效風(fēng)電路壓電返傳感刑器與樣測量戒儀表列聯(lián)接螞時(shí)，泄還必歇須考愛慮電器纜電澇容CC，放大初器的敢輸入匙電阻Ri和輸偉入電償容Ci以及積傳感斬器的磁泄漏碧電阻Ra。壓電呀傳感滅器的哲實(shí)際亦等效增電路４、蕉測量賺電路壓電津傳感奏器本鬼身的壺內(nèi)阻核抗很氣高，趙而輸五出能杰量較朗小，駛因致此它躺的測扮量電嘆路通施常需逗要接歲入一個(gè)高凳輸入汽阻抗科的前定置放差大器，其難作用趟：一是攪把它喚的高輸出猴阻抗彈變換姑為低輸出轎阻抗橋；二是放大傳感夏器輸軟出的聞微弱善信號竭。壓電決傳感悉器的窄輸出群可以琴是電斷壓信塌號，端也可踏以是撓電荷婚信號臉，因朋此前死置放警大器團(tuán)也有弱兩種朝形式棟：電壓酸放大娃器和展電荷辨放大浸器。1）、壇電壓刺放大綱器若壓界電元削件受妖正弦力F=Fmsi辨nω俘t的作旱用,則其熟電壓惑為電阻R=RaRi/(臟Ra+Ri)電容C=Cc+Ci,ua=q愧/Ca送入夫放大每器輸眠入端還的電足壓為證：uaCa前置事放大亮器的要輸入焦電壓硬的幅刷值:輸入李電壓凱和作革用力骨之間從相位除差:理想烤情況竄下,傳感鉛器的Ra電阻啊值與盟前置郊放大患器輸嶄入電鐵阻Ri都為緊無限鳴大,即ω（Ca+C）R》章1,那么片理想費(fèi)情況鉆下輸踏入電桃壓幅嘗值Uim:討論ω=待0（靜態(tài)凱量）腎時(shí)→Uim=0（輸入匠電壓仰為零受）原因姓：由些于等悔效電邊阻不怖可能乏無窮消大，隨存在帖電荷殿泄漏興，所列以不由能測擠量靜口態(tài)量ωτ椒>>依3（高頻倡情況把），Uim/Uam≈1，實(shí)際神接近望理想輸入口電壓組與作躬用力癢頻率忍無關(guān)τ一定著，ω越高疲，高留頻響鵝應(yīng)越院好，擔(dān)所以適合從測量笑高頻距交變撲力對低腎頻測濫量情榮況：τ一定等，ω↓偏差派越大所以墊要求τ要大貨，擴(kuò)級大低結(jié)頻響追應(yīng)范害圍輸出翻電壓伏靈敏貞度受落電纜朽分布訓(xùn)電容菌影響2）、電荷菜放大虧器為改穴善壓案電傳馳感器幫的低殿頻特賴性，豬常采必用電化荷放跌大器襖。電莖荷放休大器勻由一伶?zhèn)€反臭饋電狠容Cf和高轟增益物運(yùn)算吵放大未器構(gòu)吃成，劇電荷經(jīng)放大厭器等釋效電妹路：q靈敏甩度與電痛纜電氏容無鞠關(guān)由此均可見蜜，電宋荷放牛大器戰(zhàn)的輸氧出電零壓uo只取龜決于同輸入泡電荷包與反蒙饋電此容Cf，與電纜逢電容Cc無關(guān)繞，且宰與q成正驗(yàn)比，皇因此設(shè)可以飾采用乒長電訴纜進(jìn)眾行遠(yuǎn)臂距離客測量疑，并陽且電慢纜電委容變脾化也攪不影喪響靈買敏度危，這尖是電秩荷放類大器惹的最載大特屢點(diǎn)。舍為妨了得甚到必遵要的貌測量吩精度趁，要像求反談饋電錢容Cf的溫響度和網(wǎng)時(shí)間盈穩(wěn)定翁性都娃很好保，在計(jì)實(shí)際董電路航中，窗考慮昂到不命同的你量程呈等因掘素，Cf的容跪量做暢成可讓選擇籮的，錄范圍違一般彈為10繁0~逐104pF。五、趟壓電扛傳感盆器應(yīng)洲用（一撤）壓幕電式奶加速掀度傳帽感器1、結(jié)暗構(gòu)：蠟壓電首片用岸高壓勺電系弦數(shù)的另壓電鴉陶瓷躬制成此。兩驢個(gè)壓汪電片套并聯(lián)揮。質(zhì)帝量塊績用高乓比重您的金烈屬塊期，對未壓電匆元件鮮施加逗預(yù)載鋒荷。促測得凈加速播度傳等感器順輸出這的電雁荷便捷可知麗加速嬸度的畝大小巧?；鶜んw彈簧質(zhì)量泄塊壓電骨片F(xiàn)=秤ma我,F難∝a又q游∝F∴q跡∝a（二箱）交抄通監(jiān)群測將高妥分子燃壓電蘋電纜摩埋在奧公路好上，少可以萬獲取招車型前分類盟信息芽（包枝括軸辱數(shù)、喇軸距溝、輪旋距、憐單雙說輪胎尚）、萍車速憐監(jiān)測纏、收丙費(fèi)站蠢地磅舞、闖嶄紅燈切拍照亂、停睡車區(qū)禍域監(jiān)灰控、撤交通趣數(shù)據(jù)蜘信息往采集崖（道充路監(jiān)樣控）航及機(jī)打場滑澇行道咳等。高分饅子壓號電電他纜的阻應(yīng)用謙演示將兩鋤根高疾分子恐壓電勒電纜廟相距后若干寶米，平行豪埋設(shè)衛(wèi)于柏勇油公撒路的跑路面香下約5c估m(xù)，可以蒜用來旨測量構(gòu)車速丑及汽旁車的陶載重慌量，拋并根筆據(jù)存突儲在頓