電子工程制圖課件

1、第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 3.1工作原理工作原理 3.2電阻應變片特性電阻應變片特性 3.3電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路 3.4應變式傳感器應用應變式傳感器應用 第第3章章 應變式傳感器應變式傳感器 返返 回回 主主 目目 錄錄 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第第3章章 應變式傳感器應變式傳感器 電阻應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化 的傳感器, 傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應變敏感元件構成。 當被測物理量作用在彈性元件上時, 彈性元件的變形引起應變 敏感元件的阻值變化, 通過轉換電路將其轉變成電量輸出, 電 量變化的大小反映了被測物理量的

2、大小。應變式電阻傳感器 是目前測量力、力矩、 壓力、加速度、重量等參數(shù)應用最廣 泛的傳感器。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 3.1 工作原理工作原理 電阻應變片的工作原理是基于應變效應, 即在導體產生機械 變形時, 它的電阻值相應發(fā)生變化。 如圖 3 - 1 所示, 一根金屬電阻絲, 在其未受力時, 原始電阻 值為 R= 式中: 電阻絲的電阻率; L電阻絲的長度; S電阻絲的截面積。 S L.（3 -1） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 應變片工作原理應變片工作原理 壓縮時電阻變小壓縮時電阻變小 FF 金屬絲金屬絲 金屬絲金屬絲 金屬絲金屬絲 FF 拉伸時電阻變大拉伸時電

3、阻變大 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 金屬絲金屬絲 應變片工作原理應變片工作原理 金屬片金屬片 金屬絲金屬絲 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 應變片工作原理應變片工作原理 F 壓縮時電阻變小壓縮時電阻變小 拉伸時電阻變大拉伸時電阻變大 這里的金屬絲就是一種這里的金屬絲就是一種“應變片應變片”，它可，它可 以將金屬片的形變轉換成電阻的變化。以將金屬片的形變轉換成電阻的變化。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 當電阻絲受到拉力F作用時, 將伸長L, 橫截面積相應減 小S, 電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變, 故引起電阻 值相

4、對變化量為 S S L L R R 式中L/L是長度相對變化量, 用應變表示 L L S/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量, 即 r r S S 2 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 由材料力學可知, 在彈性范圍內, 金屬絲受拉力時, 沿軸向 伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為 L L r r 式中: 電阻絲材料的泊松比, 負號表示應變方向相反。 將式（3 - 3）#, 式（3 - 5）代入式（3 - 2）, 可得 或 )21 ( R R （3-6） )21 ( R R （3-7） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電

5、阻絲的靈敏度 系數(shù)。其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量, 其表 達式為 21K（3-8） 靈敏度系數(shù)受兩個因素影響: 一個是受力后材料幾何尺寸 的變化, 即（1+2）; 另一個是受力后材料的電阻率發(fā)生的變 化, 即（/）/。 對金屬材料電阻絲來說, 靈敏度系數(shù)表達 式中（1+2）的值要比（/）/）大得多, 而半導體材料 的（/）/）項的值比（1+2）大得多。 大量實驗證明, 在電阻絲拉伸極限內, 電阻的相對變化與應變成正比, 即K為 常數(shù)。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 總結：用應變片測量應變或應力時, 根據(jù)上述特點, 在外力作用 下, 被測對象產生微小機械變形, 應變片隨

6、著發(fā)生相同的變化, 同時應變片電阻值也發(fā)生相應變化。當測得應變片電阻值變化 量R時, 便可得到被測對象的應變值。根據(jù)應力與應變的 關系, 得到應力值為 =E （3 - 9） 式中 : 試件的應力; 試件的應變; E試件材料的彈性模量。 由此可知, 應力值正比于應變, 而試件應變正比于電阻 值的變化, 所以應力正比于電阻值的變化, 這就是利用應變片 測量應變的基本原理。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 圖 所示為一種普通鋼材（軟鐵） 的應力與應變關 系圖。應力與應變成直線關系 的范圍內胡克定律成立，對應 的最大應力稱為比例極限。 = E 或 E

7、 = / 應力與應變的比例常數(shù)E 被稱 為縱彈性系數(shù)或揚氏模量，不 同的材料有其固定的揚氏模量。 如上所述，雖然無法對應力進 行直接的測量，但是通過測量 由外力影響產生的應變可以計 算出應力的大小。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 電子計價秤中的應變片電子計價秤中的應變片 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 應變片的應用應變片的應用 荷重傳感器荷重傳感器 測量汽車載重測量汽車載重 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 崇明躍進橋檢測崇明躍進橋檢測布置應變布置應變 片片 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 橋梁加載，檢測橋梁的應變橋梁加載，檢測橋梁的應變 第3章 應變式

8、傳感器第3章 應變式傳感器 對斜拉橋鋼索進行應變測試對斜拉橋鋼索進行應變測試 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 無線傳感器網絡無線傳感器網絡 應變片應變片 信號發(fā)射器信號發(fā)射器 信號接收器信號接收器 遠距離實時監(jiān)測遠距離實時監(jiān)測 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 世博會的世博會的“陽光谷陽光谷” 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 3.2 電阻應變片特性電阻應變片特性 一、一、 電阻應變片的基本結構及測量原理電阻應變片的基本結構及測量原理 1、基本組成 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 用應變片測量時，將其貼在被測對象表面 上。當被測對象受力變形時，應變片的敏感柵

9、 也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉 換電路轉換為電壓或電流的變化，這是用來直 接測量應變。 通過彈性敏感元件將位移、力、力矩、加 速度、壓力等物理量轉換為應變，則可用應變 片測量上述各量，而做成各種應變式傳感器。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 （1）敏感柵 感受應變，并將應變轉換為電阻的變化。敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。 （2）基底 絕緣及傳遞應變。測量時應變片的基底用粘結劑粘在試 件上，要求基底準確地把試件應變傳遞給敏感柵。同時基 片絕緣性能要好，否則應變片微小電信號就要漏掉。 由紙、膠質膜和玻璃纖維等制成。 （3）粘結劑 敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間

10、的粘結。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 （4）覆蓋層 保護作用。防濕、蝕、塵。 （5）引線 連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 2、應變片的類型和材料 （1）.金屬絲式應變片 回線式：橫向效應較大 短接式：克服橫向效應 金屬絲式應變片材料要求 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 （2）.金屬箔式應變片 箔式應變片是在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻 箔材，利用照相制版或光刻技術，制成各種需要的形狀。 優(yōu)點： 可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵；與被測件粘結 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??；

11、蠕變和機械滯后小，壽命長。 缺點：電阻值的分散性大 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 （3）.金屬薄膜應變片 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形 成厚度在0.1微米以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵， 最后再加上保護層。 優(yōu)點：應變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大。 存在問題：溫度穩(wěn)定性差 3.應變片的粘貼 應變片是用粘合劑粘貼到被測件上的。粘合劑形成的膠 層必須準確迅速地將披測件應變傳進到敏感柵上。粘合 劑的性能及粘貼工藝的質量直接影響著應變片的工作特 性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線性以及它們受 溫度變化影響的程度。 對粘合劑和粘貼工藝有嚴格要求 第3章 應變式傳感器第3章

12、應變式傳感器 二、二、 橫向效應橫向效應 當將圖 3 - 3 所示的應變片粘貼在被測試件上時, 由于其敏 感柵是由n條長度為l1的直線段和（n-1）個半徑為r的半圓組成, 若該應變片承受軸向應力而產生縱向拉應變 時, 則各直線段 的電阻將增加, 但在半圓弧段則受到從+ 到- 之間變化的應變, 圓弧段電阻的變化將小于沿軸向安放的同樣長度電阻絲電阻的 變化。綜上所述, 將直的電阻絲繞成敏感柵后, 雖然長度不變, 應變狀態(tài)相同, 但由于應變片敏感柵的電阻變化較小, 因而其靈 敏系數(shù)K較電阻絲的靈敏系數(shù)K0小, 這種現(xiàn)象稱為應變片的橫 向效應。 x x x 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第

13、3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 為了減小橫向效應產生的測量誤差, 現(xiàn)在一般多采用箔 式應變片。 三、三、 應變片的溫度誤差及補償應變片的溫度誤差及補償 1. 應變片的溫度誤差應變片的溫度誤差 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差, 稱為應變片的溫度誤差。 產生應變片溫度誤差的主要因素有: 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 1) 電阻溫度系數(shù)的影響 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示： Rt=R0（1+0t） (3 - 14) 式中: Rt溫度為 t 時的電阻值; R0溫度為t0時的電阻值; 0金屬絲的電阻溫度系數(shù); t溫度變化值, t=t -t0。 當溫

14、度變化t時, 電阻絲電阻的變化值為 Rt=Rt- R0= R00t （3 - 15） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時, 不論環(huán)境溫度如 何變化, 電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣, 不會產生附加變形。 當試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時, 由于環(huán)境溫度的變化, 電阻 絲會產生附加變形, 從而產生附加電阻。 設電阻絲和試件在溫度為 0 時的長度均為L0，它們的線膨 脹系數(shù)分別為s和g, 若兩者不粘貼, 則它們的長度分別為 Ls= L0（1+st） （3 - 16） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 Lg

15、= L0（1+gt） （3 - 17） 當二者粘貼在一起時, 電阻絲產生的附加變形L, 附加應變 和附加電阻變化 分別為 L= Lg - Ls =（g-s） t (3 - 18) =L/ =（g-s）t (3 - 19) = = (g-s)t (3 - 20) 0 L 0 L R R 00R K 00R K 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 由式（3 - 15）和式（3 - 20）, 可得由于溫度變化而引起 應變片總電阻相對變化量為 t KK R R sgt )( 0 0 0 0 tgKt s )( 00 ttgK s )( 00 折合成附加應變量或虛假的應變t, 有 00 R RR

16、R R t K 0 (3-21) (3-22) 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 由式（3 - 21）和式（3 - 22）可知, 因環(huán)境溫度變化而引 起的附加電阻的相對變化量, 除了與環(huán)境溫度有關外, 還與應 變片自身的性能參數(shù)（K0，0，s）以及被測試件線膨脹系 數(shù)g有關。 2. 電阻應變片的溫度補償方法電阻應變片的溫度補償方法 電阻應變片的溫度補償方法通常有線路補償法和應變片 自補償兩大類。 1) 線路補償法 電橋補償是最常用的且效果較好的線路補償法。圖 3 - 4 所示是電橋補償法的原理圖。電橋輸出電壓Uo與橋臂參數(shù)的 關系為 Uo=A（R1 R4- RB R3） （3 - 23

17、） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 式中: A由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。 R1工作應變片； RB補償應變片 由上式可知, 當R3和R4為常數(shù)時, R1和RB對電橋輸出電壓U0 的作用方向相反。利用這一基本關系可實現(xiàn)對溫度的補償。 測量應變時, 工作應變片R1粘貼在被測試件表面上, 補償應變 片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補償塊上, 且僅工作應 變片承受應變。 如圖 3 - 4 所示。 當被測試件不承受應變時, R1和RB又處于同一環(huán)境溫度 為t 的溫度場中, 調整電橋參數(shù)，使之達到平衡, 有 Uo=A（R1R4-RBR3）=0 （3 2） 第3章 應變式傳感器第3章 應變

18、式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 工程上, 一般按R1 = R2 = R3 = R4 選取橋臂電阻。當溫度升 高或降低t = t-t0時, 兩個應變片的因溫度而引起的電阻變化量 相等, 電橋仍處于平衡狀態(tài), 即 Uo=A（R1+R1t）R4-(RB+RBt)R3=0 (3 - 25)若此時被 測試件有應變的作用, 則工作應變片電阻R1又有新的增量 R1=R1K , 而補償片因不承受應變, 故不產生新的增量, 此時 電橋輸出電壓為 Uo = AR1RK （ 3 - 26） 由上式 可知, 電橋的輸出電壓Uo僅與被測試件的應變有關, 而與

19、環(huán)境 溫度無關。 應當指出, 若實現(xiàn)完全補償, 上述分析過程必須滿足四個條 件: 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 在應變片工作過程中, 保證R3 =R4。 R1和RB兩個應變片應具有相同的電阻溫度系數(shù), 線膨 脹系數(shù), 應變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材 料必須一樣, 兩者線膨脹系數(shù)相同。 兩應變片應處于同一溫度場。 2) 應變片的自補償法 這種溫度補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片, 稱之為溫度自補償應變片。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 溫度自補償應變片的工作原理可由式（3 - 21）得出, 要 實現(xiàn)溫度自補償,

20、必須有 0= -K0（g-s） （3 - 27） 上式表明, 當被測試件的線膨脹系數(shù)g已知時, 如果合理 選擇敏感柵材料, 即其電阻溫度系數(shù)0、靈敏系數(shù)K0和線膨 脹系數(shù)s, 使式（3 - 27）成立, 則不論溫度如何變化, 均有 Rt/ R0=0, 從而達到溫度自補償?shù)哪康摹?第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 當實際使用應變片的條件與其靈敏系數(shù)K 的標定條件不同時, 如0.285或受非單 向應力狀態(tài), 由于橫向效應的影響, 實際K 值要改變, 如仍按標稱靈敏系數(shù)來進行計 算, 可能造成較大誤差。當不能滿足測量 精度要求時, 應進行必要的修正, 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器

21、 3.3 電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路 由于機械應變一般都很小, 要把微小應變引起的微小電 阻變化測量出來, 同時要把電阻相對變化R/ R轉換為電壓或 電流的變化。因此, 需要有專用測量電路用于測量應變變化 而引起電阻變化的測量電路, 通常采用直流電橋和交流電橋。 一、一、 直流電橋直流電橋 1. 直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件 電橋如圖 3 - 5 所示, E為電源, R1、R2、R3及R4為橋臂電 阻, RL為負載電阻。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 )( 43 3 21 1 0 RR R RR R EU （3-28） 當

22、電橋平衡時, Uo=0, 則有 R1R4 = R2R3 或 4 3 2 1 R R R R （3-29） 式（3 - 29）稱為電橋平衡條件。這說明欲使電橋平衡, 其相 鄰兩臂電阻的比值應相等, 或相對兩臂電阻的乘積相等。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 2. 電壓靈敏度電壓靈敏度 R1為電阻應變片，R2#, R3#, R4為電橋固定電阻，這就構 成了單臂電橋。應變片工作時, 其電阻值變化很小, 電橋相應 輸出電壓也很小, 一般需要加入放大器放大。由于放大器的輸 入阻抗比橋路輸出阻抗高很多, 所以此時仍視電橋為開路情況。 當產生應變時, 若應變片電阻變化為R, 其它橋臂固定不變, 電

23、 橋輸出電壓Uo0, 則電橋不平衡輸出電壓為 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 )( )( 43211 41 43 3 211 1 0 RRRRR RR E RR R RRR R EU )1)(1 ( 3 4 1 2 1 1 1 1 3 4 R R R R R R R R R R E 設橋臂比n = R2/R1, 由于R1 R1, 分母中R1/R1可忽略, 并考慮到平衡條件R2/R1= R4/R3, 則式（3 - 30）可寫為 1 1 2 0 )1 (R R n n EU 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 電橋電壓靈敏度定義為 2 1 1 0 )1 (n n E R R U K

24、U 從式（3 - 32）分析發(fā)現(xiàn): 電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓, 供電電壓越高, 電橋電壓靈敏度越高, 但供電電壓的提高受到應變片允許功 耗的限制, 所以要作適當選擇; 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù), 恰當?shù)剡x擇 橋臂比n的值, 保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 當E值確定后, n值取何值時使KU最高？ 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 由dKU /dn = 0求RU的最大值, 得 （3 -33） 求得n=1時, KU為最大值。這就是說, 在電橋電壓確定后, 當 R1=R2=R3=R4時, 電橋電壓靈敏度最高, 此時有 （3 - 34） KU = （3- 35） 0 )1

25、( 1 3 2 n n dn dKU R RE U 1 0 4 4 E 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 從上述可知, 當電源電壓E和電阻相對變化量R1/R1一定 時, 電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值, 且與各橋臂電阻阻 值大小無關。 3. 非線性誤差及其補償方法非線性誤差及其補償方法 由式（3 - 30）求出的輸出電壓因略去分母中的R1/R1項 而得出的是理想值, 實際值計算為 )1)(1 ( 1 1 1 1 0 n R R n R R n EU (3-36) 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 非線性誤差為 L= 1 1 1 1 0 00 1 R R n R R U UU

26、如果是四等臂電橋, R1=R2=R3=R4, 則 L= 1 1 1 1 2 1 2 R R R R 對于一般應變片來說, 所受應變通常在510-3以下, 若 取K=2, 則R1/R1=K =0.01, 代入式（3 - 38）計算得非線性 誤差為0.5%; 若K=130, =10-3時, R1/R1=0.130, 則得到非 線性誤差為6%, 故當非線性誤差不能滿足測量要求時, 必須予 以消除。 (3-37) (3-38) 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 為了減小和克服非線性誤差, 常采用差動電橋如圖3 - 6 所 示, 在試件上安裝兩個工作應變片, 一個受拉應變, 一個受壓應 變, 接

27、入電橋相鄰橋臂, 稱為半橋差動電路, 該電橋輸出電壓為 )( 43 3 2211 11 0 RR R RRRR RR EU （3 - 39） 若R1=R2, R1=R2, R3=R4, 則得 Uo= 1 1 2R RE (3-40) 由式（3 - 40）可知, Uo與（R1/R1）呈線性關系, 差動 電橋無非線性誤差, 而且電橋電壓靈敏度KU=E/2,比單臂工作 時提高一倍, 同時還具有溫度補償作用。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 若將電橋四臂接入四片應變片, 如圖 3 - 6（b）所示, 即兩 個受拉應變, 兩個受壓應變, 將兩個應變符號

28、相同的接入相對 橋臂上, 構成全橋差動電路, 若R 1=R2=R3=R4, 且 R1=R2=R3=R4, 則 （3 - 41） 1 1 0 R R EU EKU 此時全橋差動電路不僅沒有非線性誤差, 而且電壓靈敏度 是單片的 4 倍, 同時仍具有溫度補償作用。 二、二、 交流電橋交流電橋 根據(jù)直流電橋分析可知, 由于應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生零漂, 因此應變電橋多采 用交流電橋。 （3 - 42） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 圖 3 - 7 為交流電橋, 為交流電壓源, 開路輸出電壓為 由于供橋電源為交流電源, 引線分布電容使得二橋臂應變片

29、呈 現(xiàn)復阻抗特性, 即相當于二只應變片各并聯(lián)了一個電容, 則每 一橋臂上復阻抗分別為 0 U U 111 1 1 CjwRR R Z 222 2 2 CjwRR R Z 33 RZ 44 RZ （3 - 43） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 式中C1、C2表示應變片引線分布電容, 由交流電路分析可得 要滿足電橋平衡條件, 即 , 則有 Z1 Z4 = Z2 Z3 )( )( 4321 3241 ZZZZ ZZZZU U 0 0 U 將式（3 - 43）代入式（3 - 45）, 可得 3 22 2 4 11 1 11 R CjwR R R C

30、jwR R （3 - 44） （3 - 45） （3 - 46） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 整理式（3 - 46）得 24 2 4 13 1 3 CjwR R R CjwR R R 其實部、 虛部分別相等, 并整理可得交流電橋的平衡條件為: 及 （3 -48） 3 4 1 2 R R R R 2 1 1 2 C C R R （3 - 47） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 對這種交流電容電橋, 除要滿足電阻平衡條件外, 還必須 滿足電容平衡條件。為此在橋路上除設有電阻平衡調節(jié)外還 設有電容平衡調節(jié)。電橋平衡調節(jié)電路如圖 3 - 8 所示。 當被測應力變化引起Z1= Z

31、0+Z, Z2=Z0-Z變化時, 則電 橋輸出為 ) 2 1 2 ( 0 0 Z ZZ UU 0 2 1 Z Z U （3 - 49） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 3.4 應變式傳感器應用應變式傳感器應用 一、一、 應變式力傳感器應變式力傳感器 被測物理量為荷重或力的應變式傳感器, 統(tǒng)稱為應變式 力傳感器。其主要用作各種電子稱與材料試驗機的測力元件、 發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。 應變式力傳感器要求有較高的靈敏度和穩(wěn)定性, 當傳感器在 受到側向作用力或力的作用點發(fā)生輕微變化時, 不應對輸出 有明顯的影響。 第3章 應變式傳感

32、器第3章 應變式傳感器 1. 柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器 圖 3 - 9 所示為柱式、筒式力傳感器, 應變片粘貼在彈性體 外壁應力分布均勻的中間部分, 對稱地粘貼多片, 電橋接線時 應盡量減小載荷偏心和彎矩的影響, 貼片在圓柱面上的位置及 其在橋路中的連接如圖 3 - 9（c）、（d）所示, R1和R3串接, R2和R4串接, 并置于橋路對臂上以減小彎矩影響, 橫向貼片作 溫度補償用。 2. 環(huán)式力傳感器環(huán)式力傳感器 圖 3 - 10 所示為環(huán)式力傳感器結構圖及應力分布圖。與柱 式相比, 應力分布變化較大, 且有正有負。 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器

33、第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 對R/h5的小曲率圓環(huán), 可用式（3 - 50）及式（3 - 51）計 算出A、 B兩點的應變。 Ebh FR A 2 09. 1 Ebh FR B 2 91. 1 式中: h圓環(huán)厚度; b圓環(huán)寬度; E材料彈性模量。 這樣, 測出A、 B處的應變, 即可確定載荷F 。 （3 - 51） （3 - 50） 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 3梁式力傳感器梁式力傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 二、二、 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜態(tài)壓 力。如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內部 的壓力變化#, 槍管及炮管內部的壓力、內燃機管道壓力等。 應變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 圖 3 - 11 所示為膜片式壓力傳感器, 應變片貼在膜片內壁, 在壓力p作用下, 膜片產生徑向應變r和切向應變t, 表達式分別 為: 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 第3章 應變式傳感器第3章 應變式傳感器 Eh xRP r 2