電阻式檢測元件教學PPT

1、檢測技術(shù)與檢測元件檢測技術(shù)與檢測元件 電阻式檢測元件電阻式檢測元件 測控教研室測控教研室 2.3 電阻式檢測元件電阻式檢測元件 l2.3.1 2.3.1 工作原理及主要特性工作原理及主要特性 l2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 l2.3.3 2.3.3 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路 l2.3.4 2.3.4 電阻式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器的應(yīng)用 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 電阻式應(yīng)變傳感器作為測力與應(yīng)變的主要傳感器，測力范電阻式應(yīng)變傳感器作為測力與應(yīng)變的主要傳感器，測力范 圍小到肌肉纖維（圍小到肌肉纖

2、維（5 510-5n)10-5n)，大到登月火箭（，大到登月火箭（5 5107n)107n)，精確，精確 度可到度可到 0.010.1%0.010.1%，有，有1010年以上的校準穩(wěn)定性?？捎糜趹?yīng)變力、年以上的校準穩(wěn)定性?？捎糜趹?yīng)變力、 壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度。據(jù)統(tǒng)計日本力傳感器中應(yīng)變片占壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度。據(jù)統(tǒng)計日本力傳感器中應(yīng)變片占 70%70%，美國占，美國占90%90%。 電阻式傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器，傳感電阻式傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器，傳感 器的基本原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻器的基本原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻 值的變化，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電量輸出。值的變化，再經(jīng)

3、轉(zhuǎn)換電路變換成電量輸出。 應(yīng)變式傳感器特征：應(yīng)變式傳感器特征： 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。 缺點，電阻、半導體會隨溫度變化。缺點，電阻、半導體會隨溫度變化。 不同材料類型，金屬應(yīng)變片、半導體應(yīng)變片；不同材料類型，金屬應(yīng)變片、半導體應(yīng)變片； 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 各種電子秤各種電子秤 廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 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 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作

4、原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 機械秤包裝機機械秤包裝機 吊秤吊秤 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 上海盧浦大橋通車應(yīng)變試驗上海盧浦大橋通車應(yīng)變試驗 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 上海國際會議中心模型試驗上海國際會議中心模型試驗 2.3.12.3.1電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu)：金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu)： 網(wǎng)狀敏感柵網(wǎng)狀敏感柵高阻金高阻金 屬絲、金屬箔屬絲、金屬箔 基片基片絕緣材料絕緣材料 蓋片蓋片保護層保護層 金屬電阻應(yīng)變片的基本原理基于電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬電阻應(yīng)變片的基本原理基于電阻應(yīng)變效應(yīng),即導體或半導體

5、即導體或半導體 材料在外力作用下產(chǎn)生機械變形材料在外力作用下產(chǎn)生機械變形,其阻值將發(fā)生變化的現(xiàn)象。其阻值將發(fā)生變化的現(xiàn)象。 應(yīng)變：應(yīng)變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象 彈性應(yīng)變：彈性應(yīng)變：當外力去除后，物體能夠完全恢復其尺寸和形狀的應(yīng)變當外力去除后，物體能夠完全恢復其尺寸和形狀的應(yīng)變 彈性元件：彈性元件：具有彈性應(yīng)變特性的物體具有彈性應(yīng)變特性的物體 應(yīng)用：應(yīng)用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 2.3.1.1 應(yīng)

6、變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變效應(yīng)。即即導體導體或半導體材或半導體材 料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”。 一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為：一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為： a l r 當電阻絲受到拉力當電阻絲受到拉力f作用時，作用時， 將伸長將伸長l，橫截面積相應(yīng)減小，橫截面積相應(yīng)減小a， 電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了，從而引起電阻，從而引

7、起電阻 值變化量為值變化量為 ： a da l dld r dr 式中：式中：dl/l長度相對變化量，用應(yīng)變長度相對變化量，用應(yīng)變表示為表示為 l dl 2 ll drddlda aaa 電阻相對變化量：電阻相對變化量： 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 d r dr )21 ( da/a圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè)r為電阻絲的半為電阻絲的半 徑，微分后可得徑，微分后可得da=2r dr，則則 ： r dr a da 2 材料力學：材料力學：在彈性范圍內(nèi)

8、，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長， 沿沿 徑向縮短，徑向縮短， 軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為 ： l dl r dr 為電阻絲材料的泊松比為電阻絲材料的泊松比， 負號表示應(yīng)變方向相反。負號表示應(yīng)變方向相反。 因此由因此由 推得：推得： a da l dld r dr 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 定義：定義：電阻絲的靈敏系數(shù)為電阻絲的靈敏系數(shù)為單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化 量量。其表達式為。其表達式為 d r dr k21 12 r k r 也可以表示為

9、：也可以表示為： 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)k受兩個因素影響受兩個因素影響 一是一是：應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化，：應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化， 即即1+2 二是二是：應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，：應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化， 即（即（/）/。 對金屬材料：對金屬材料：1+2( /)/ 對半導體材料：對半導體材料：( /)/1+2 大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正 比，即比，即k為常數(shù)為常數(shù)。 12 r k r 2.3.1

10、2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 2.3.1.2 電阻應(yīng)變片種類電阻應(yīng)變片種類 常用的電阻應(yīng)變片有兩種：常用的電阻應(yīng)變片有兩種： 金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片 半導體應(yīng)變片半導體應(yīng)變片 1、金屬電阻應(yīng)變片、金屬電阻應(yīng)變片 金屬絲式金屬絲式 0.012-0.050mm金屬絲（康銅、鎳鉻合金、貴金屬）做敏感柵金屬絲（康銅、鎳鉻合金、貴金屬）做敏感柵 金屬箔式金屬箔式 用光刻腐蝕工藝、照相制版制作成厚用光刻腐蝕工藝、照相制版制作成厚0.003mm0.010mm的金屬的金屬 箔柵箔柵 金屬箔式應(yīng)變片散熱條件好，可做成任意形狀，應(yīng)用廣泛。金屬箔式應(yīng)變片散熱條件好，可做成任意形狀，

11、應(yīng)用廣泛。 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 12k 21 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 2、半導體電阻應(yīng)變片、半導體電阻應(yīng)變片 k 21 半導體電阻應(yīng)變片的工作原理主要基于半導體材料的半導體電阻應(yīng)變片的工作原理主要基于半導體材料的壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)。 2.3.1 2.3.1 電阻應(yīng)變傳感器工作原理電阻應(yīng)變傳感器工作原理 e )e(k常數(shù) 半導體敏感元件產(chǎn)生壓阻效應(yīng)時其電阻率的相對變化與應(yīng)變力半導體敏感元件產(chǎn)生壓阻效應(yīng)時其電阻率的相對變化與應(yīng)變力 間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： 因此對于半導體應(yīng)變片來說，其靈敏系數(shù)為：因此對

12、于半導體應(yīng)變片來說，其靈敏系數(shù)為： 12 r k r 式中：式中： 半導體材料的壓阻系數(shù)半導體材料的壓阻系數(shù); 半導體材料的所受應(yīng)變力半導體材料的所受應(yīng)變力; e半導體材料的彈性模量半導體材料的彈性模量; 半導體材料的應(yīng)變。半導體材料的應(yīng)變。 19 . 應(yīng)變片的主要特性應(yīng)變片的主要特性 （相對）靈敏系數(shù)（相對）靈敏系數(shù)k 絕緣電阻絕緣電阻 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 機械滯后機械滯后 零漂和蠕變零漂和蠕變 允許電流允許電流 應(yīng)變極限應(yīng)變極限 * 20 u（相對）靈敏系數(shù)（相對）靈敏系數(shù)k k 應(yīng)變計的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測量的精度。應(yīng)變計的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測量的精度。 k k值通常采用從批量生產(chǎn)

13、中每批抽樣，在規(guī)定條件下通過實測值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下通過實測 確定確定即應(yīng)變計的標定即應(yīng)變計的標定, ,故故k k又稱又稱標定靈敏系數(shù)標定靈敏系數(shù)。 標定條件：標定條件：試件材料取泊松比試件材料取泊松比=0.285=0.285的鋼；試件單向的鋼；試件單向 受力；應(yīng)變計軸向與受力；應(yīng)變計軸向與主應(yīng)力主應(yīng)力方向一致。方向一致。 k r r r r k 實驗發(fā)現(xiàn)：實驗發(fā)現(xiàn)：實際應(yīng)變片的實際應(yīng)變片的k值比單絲的值比單絲的k值要小值要小 原因：原因：橫向效應(yīng)；粘結(jié)層傳遞變形失真。橫向效應(yīng)；粘結(jié)層傳遞變形失真。 * 21 u 絕緣電阻絕緣電阻 應(yīng)變片引線與被測試件之間的電阻值。應(yīng)變

14、片引線與被測試件之間的電阻值。 它取決于粘合劑及基底材料的種類。它取決于粘合劑及基底材料的種類。 絕緣電阻過低，會造成應(yīng)變片與試件之間絕緣電阻過低，會造成應(yīng)變片與試件之間 漏電，產(chǎn)生測量誤差。漏電，產(chǎn)生測量誤差。 * 22 u 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 直的線材繞成敏感柵后，即使總長度相同，應(yīng)變狀態(tài)直的線材繞成敏感柵后，即使總長度相同，應(yīng)變狀態(tài) 一樣，應(yīng)變敏感柵的電阻變化仍要小一些，從而導致一樣，應(yīng)變敏感柵的電阻變化仍要小一些，從而導致 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)k的改變，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)的改變，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng) 。 f f * 23 u 機械滯后機械滯后 機械滯后：機械滯后：應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當

15、溫度恒定應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當溫度恒定 時，其加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象。時，其加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：主要是敏感柵、基底和粘合劑在承受機主要是敏感柵、基底和粘合劑在承受機 械應(yīng)變后所留下的殘余變形械應(yīng)變后所留下的殘余變形 。 機械滯后值還與應(yīng)變片所承機械滯后值還與應(yīng)變片所承 受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機 械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也 愈大。愈大。 所以，通常在實驗之前應(yīng)將試所以，通常在實驗之前應(yīng)將試 件預先加、卸載若干次，以減件預先加、卸載若干次，以減 少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤

16、差。差。 r1/r 1 應(yīng)變應(yīng)變 卸載卸載 加載加載 應(yīng)變片的機械滯后應(yīng)變片的機械滯后 * r/r 24 u零漂和蠕變零漂和蠕變 l粘貼在試件上的應(yīng)變片，在粘貼在試件上的應(yīng)變片，在恒定溫度恒定溫度下，下，不不 承受機械應(yīng)變承受機械應(yīng)變時指示應(yīng)變值隨時間變化的特時指示應(yīng)變值隨時間變化的特 性稱為應(yīng)變片的性稱為應(yīng)變片的零漂。零漂。 l在恒定溫度下，使應(yīng)變片在恒定溫度下，使應(yīng)變片承受一恒定的機械承受一恒定的機械 應(yīng)變應(yīng)變，指示應(yīng)變值隨時間變化的特性稱應(yīng)變，指示應(yīng)變值隨時間變化的特性稱應(yīng)變 片的片的蠕變?nèi)渥儭?* 25 u 允許電流允許電流 （最大工作電流最大工作電流） 允許電流是指應(yīng)變片不因電流產(chǎn)生

17、的熱量而影響測允許電流是指應(yīng)變片不因電流產(chǎn)生的熱量而影響測 量準確度所允許通過的最大電流。量準確度所允許通過的最大電流。 工作電流大，應(yīng)變片輸出信號大，靈敏度高，工作電流大，應(yīng)變片輸出信號大，靈敏度高， 但但 過大的電流會把應(yīng)變片燒毀。過大的電流會把應(yīng)變片燒毀。 * 26 u 應(yīng)變極限應(yīng)變極限 lim 真實應(yīng)變真實應(yīng)變z 指指 示示 應(yīng)應(yīng) 變變 i 應(yīng)變片的應(yīng)變極限應(yīng)變片的應(yīng)變極限 10% 1 在恒溫條件下，使在恒溫條件下，使非線性誤非線性誤 差差達到達到10%10%時的時的真實應(yīng)變值真實應(yīng)變值， 稱為稱為應(yīng)變極限應(yīng)變極限，用用 lim lim表示。 表示。 真實應(yīng)變真實應(yīng)變是由于工作溫度變化

18、或承受機械載荷，在被測試件內(nèi)是由于工作溫度變化或承受機械載荷，在被測試件內(nèi) 產(chǎn)生應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)力( (包括機械應(yīng)力和熱應(yīng)力包括機械應(yīng)力和熱應(yīng)力) )時所引起的表面應(yīng)變。時所引起的表面應(yīng)變。 應(yīng)變計的線性應(yīng)變計的線性( (靈敏系數(shù)為常數(shù)靈敏系數(shù)為常數(shù)) )特性，只有在一定的應(yīng)變限特性，只有在一定的應(yīng)變限 度范圍內(nèi)才能保持。度范圍內(nèi)才能保持。 當試件輸入的當試件輸入的真實應(yīng)變真實應(yīng)變超過某一限值時，應(yīng)變計的輸出特性超過某一限值時，應(yīng)變計的輸出特性 將出現(xiàn)非線性。將出現(xiàn)非線性。 * 100% zi z 非線性誤差用相對誤差表示：非線性誤差用相對誤差表示： 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補

19、償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 應(yīng)變片安裝在自由膨脹的試件上，如果環(huán)境溫度變化，應(yīng)變片的電應(yīng)變片安裝在自由膨脹的試件上，如果環(huán)境溫度變化，應(yīng)變片的電 阻也會變化，這種變化疊加在測量結(jié)果中稱應(yīng)變片溫度誤差。阻也會變化，這種變化疊加在測量結(jié)果中稱應(yīng)變片溫度誤差。 應(yīng)變片溫度誤差來源有兩個應(yīng)變片溫度誤差來源有兩個： 1 1、應(yīng)變片本身電阻溫度系數(shù)、應(yīng)變片本身電阻溫度系數(shù)0 0影響；影響； 2 2、試件材料的線膨脹系數(shù)、試件材料的線膨脹系數(shù)g g影響影響。 1 1、應(yīng)變片溫度誤差、應(yīng)變片溫度誤差 r rt t= =r r0 0(1+(1+0 0t t) ) （1 1）電阻絲阻值與溫度關(guān)系：）電阻絲阻值與

20、溫度關(guān)系： 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示： 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 式中式中: : r rt t溫度為溫度為t t時的電阻值；時的電阻值； r r0 0溫度為溫度為t t0 0時的電阻值；時的電阻值； 0 0溫度為溫度為t t0 0時金屬絲的電阻溫度系數(shù)；時金屬絲的電阻溫度系數(shù)； t t溫度變化值，溫度變化值，t t= =t-tt-t0 0。 當溫度變化當溫度變化t t時，電阻絲電阻的變化值為：時，電阻絲電阻的變化值為： r=rt-r0=r00t 2.3.2 2.3.2 電阻

21、應(yīng)變片的溫度誤差及補償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 （2 2）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響）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：環(huán)境溫度變化不當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時：環(huán)境溫度變化不 會產(chǎn)生附加變形。會產(chǎn)生附加變形。 當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時：環(huán)境溫度變化，當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時：環(huán)境溫度變化， 電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 2、溫度補償方法、溫度補償方法 電阻應(yīng)變片的溫

22、度補償方法通常有電阻應(yīng)變片的溫度補償方法通常有線路補償線路補償和和應(yīng)應(yīng) 變片自補償變片自補償兩大類。兩大類。 電橋補償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差電橋補償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差 補償方法。補償方法。 31 r4r3 usc 測量應(yīng)變時，測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件 的表面的表面，圖中，圖中r r1 1稱為稱為工作應(yīng)變片工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測試另一片貼在與被測試 件材料相同的補償塊上件材料相同的補償塊上，圖中，圖中r r2 2，稱為，稱為補償應(yīng)變片補償應(yīng)變片。 在工作過程中補償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形在工作過程中補償塊

23、不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。 電橋補償電橋補償 補償應(yīng)變片粘貼示意圖補償應(yīng)變片粘貼示意圖 r1 r2 補償原理：補償原理：橋路相臨兩臂橋路相臨兩臂 增加相同電阻，對電橋增加相同電阻，對電橋 輸出無影響輸出無影響。 * 32 r4r3 usc 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為 式中式中a由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。 3241 4321 3241 rrrra rrrr rrrr uu esc 由上式可知，當由上式可知，當r3、r4為為 常數(shù)時，常數(shù)時，rl和和r2對輸出電對輸出電 壓的作用方向相反。壓的作用方向相反。 *

24、 33 （1 1）當被測試件不承受應(yīng)變時）當被測試件不承受應(yīng)變時，r r1 1和和r r2 2處于同一溫處于同一溫 度場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即平度場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即平 衡狀態(tài)：衡狀態(tài)： 上式中：可以選擇上式中：可以選擇r r1 1= =r r2 2= =r r及及r r3 3= =r r4 4= =r r。 （2 2）當溫度升高或降低時）當溫度升高或降低時，若，若r r1t 1t= =r r2t 2t，即兩個 ，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，即零，即 0 3241 rrrrau

25、sc 322411 rrrrrrau ttsc rrrrrra tt 21 rrrrrrrra tt 21 0 21 tt rrra = 可見可見, ,輸出電壓輸出電壓u usc sc與溫度無關(guān)。 與溫度無關(guān)。 * 34 （3 3）當工作應(yīng)變片感受應(yīng)變時）當工作應(yīng)變片感受應(yīng)變時，只會引起電阻，只會引起電阻r r1 1 發(fā)生變化，發(fā)生變化，r r2 2不承受應(yīng)變。電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電不承受應(yīng)變。電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電 壓：壓： 由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與有關(guān)，與 溫度無關(guān)，從而達到溫度補償?shù)哪康?。溫度無關(guān)，從而達到溫度補償?shù)哪康摹?rkrarrrrkr

26、rrau ttsc 3224111 * 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補償 注意補償條件：注意補償條件： 在應(yīng)變片工作過程中，保證在應(yīng)變片工作過程中，保證r r3 3= =r r4 4。 r r1 1和和r r2 2兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系 數(shù)數(shù)、線膨脹系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)k k和初始和初始 電阻值電阻值r r0 0。 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被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。測試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片

27、應(yīng)處于同一溫度場。兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。 3.3 3.3 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 一、直流電橋一、直流電橋 43 3 21 1 rr r rr r euo 圖圖3.5 3.5 直流電橋直流電橋 當當rl時，電橋輸出電壓為：時，電橋輸出電壓為： 1. 1. 直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件 r1r2 r4 r3 a c b e d io rluo 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 當電橋平衡時，當電橋平衡時，uo=0，則有：，則有： r1r4=r2r3 或：或： 4 3 2 1 r r r r 電橋平衡條件：電橋平衡條件：欲使電橋平衡，欲使電橋平衡，

28、 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等，其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等， 或相對兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。或相對兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。 電橋平衡條件電橋平衡條件 r1r2 r4 r3 a c b e d io rluo 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 半橋差動：半橋差動：在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受 壓應(yīng)變，壓應(yīng)變， 接入電橋相鄰橋臂。接入電橋相鄰橋臂。 該電橋輸出電壓為：該電橋輸出電壓為： 43 3 2211 11 rr r rrrr rr eu o 若若r1=r2，r1=r2，r3=r4，則得：，則得： 1 1

29、 2r re u o 可知：可知：uo與與r1/r1成線性關(guān)系，無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏成線性關(guān)系，無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏 度度ku=e/2，是單臂工作時的兩倍。，是單臂工作時的兩倍。 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 全橋差動：全橋差動：電橋四臂接入四片應(yīng)變片，即兩個受拉應(yīng)變，兩個受電橋四臂接入四片應(yīng)變片，即兩個受拉應(yīng)變，兩個受 壓 應(yīng) 變 ， 將 兩 個 應(yīng) 變 符 號 相 同 的 接 入 相 對 橋 臂 上 。 若壓 應(yīng) 變 ， 將 兩 個 應(yīng) 變 符 號 相 同 的 接 入 相 對 橋 臂 上 。 若 r1=r2=r3=r4，且，且r1=r2=

30、r3=r4，則，則 ： ek r r eu u o 1 1 結(jié)論：結(jié)論：全橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度為全橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度為 單片工作時的單片工作時的4倍。倍。 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 例例1：圖示為等強度梁測力系統(tǒng)，圖示為等強度梁測力系統(tǒng)，r1為電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)為電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)k = 2.05，未受應(yīng)變時，未受應(yīng)變時r1=100。當梁受力時。當梁受力時f，應(yīng)變片承受的平均，應(yīng)變片承受的平均 應(yīng)變應(yīng)變= 1000 m/m ，求，求 （1）應(yīng)變片電阻變化量）應(yīng)變片電阻變化量r1和電阻相對變化量和電阻相

31、對變化量r1 / r1。 （2）將電阻應(yīng)變片）將電阻應(yīng)變片r1置于直流電橋的一個橋臂，若電橋供電電壓置于直流電橋的一個橋臂，若電橋供電電壓 為為3v，求電橋的輸出電壓。，求電橋的輸出電壓。 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 解：解： （1） r1 / r1=k =2.05*1000*10-6=2.05*10-3 r1= r1 k =100 2.05*10-3=0.205 （2） u0=e/4 r1 / r1=0.75 2.05*10-3v 3.3 3.3 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 應(yīng)變片能將應(yīng)變直接轉(zhuǎn)換成電阻的變化應(yīng)變片能將應(yīng)變直接轉(zhuǎn)換成電阻的變化 其他

32、物理量（力、壓力、加速度等），需先將這些量轉(zhuǎn)換成應(yīng)其他物理量（力、壓力、加速度等），需先將這些量轉(zhuǎn)換成應(yīng) 變變彈性元件彈性元件 應(yīng)變式傳感器的組成應(yīng)變式傳感器的組成：彈性元件、應(yīng)變片、附件（補償元件、保：彈性元件、應(yīng)變片、附件（補償元件、保 護罩等）護罩等） 被測物理量：被測物理量：荷重或力。荷重或力。 主要用途：主要用途：作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、 發(fā)動發(fā)動 機的推力測試、機的推力測試、 水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。 力傳感器的彈性元件：力傳感器的彈性元件：柱式、筒式、環(huán)式、懸臂式等。柱式、筒式、環(huán)式、懸臂式等。 一、一、

33、 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 圖圖3.9 圓柱（筒）式力傳感器圓柱（筒）式力傳感器 （a） 柱式；（柱式；（b） 筒式；（筒式；（c） 圓柱面展開圖；（圓柱面展開圖；（d） 橋路連線圖橋路連線圖 1. 柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器 2.3.2 2.3.2 電阻應(yīng)變片測量電路電阻應(yīng)變片測量電路 二、二、 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器 主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力。主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力。 應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 習題習題 一、單項

34、選擇題一、單項選擇題 1 1、為減小或消除非線性誤差的方法可采用（為減小或消除非線性誤差的方法可采用（ ）。）。 a. a. 提高供電電壓提高供電電壓 b. b. 提高橋臂比提高橋臂比 c. c. 提高橋臂電阻值提高橋臂電阻值 d. d. 提高電壓靈敏度提高電壓靈敏度 2 2、全橋差動電路的電壓靈敏度是單臂工作時的（全橋差動電路的電壓靈敏度是單臂工作時的（ ）。）。 a.a. 不變不變 b. 2 b. 2倍倍 c. 4 c. 4倍倍 d. 6 d. 6倍倍 3 3、通常用應(yīng)變式傳感器測量通常用應(yīng)變式傳感器測量( )( )。 a. a. 溫度溫度 b b密度密度 c c加速度加速度 d d電阻電

35、阻 4 4、影響金屬導電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)影響金屬導電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)k k的主要因素是（的主要因素是（ ）。）。 a a導電材料電阻率的變化導電材料電阻率的變化 b b導電材料幾何尺寸的變化導電材料幾何尺寸的變化 c c導電材料物理性質(zhì)的變化導電材料物理性質(zhì)的變化 d d導電材料化學性質(zhì)的變化導電材料化學性質(zhì)的變化 5 5、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有（產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有（ ）。）。 a a電阻絲有溫度系數(shù)電阻絲有溫度系數(shù) b b試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同 c c電阻絲承受應(yīng)力方向不同電阻絲承受應(yīng)力方向不同 d d電阻絲與試件材料不同電阻絲與試件材料

36、不同 b b c c c c a a a a 習題習題 6 6、電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（ ）。）。 a a差動電橋補償法差動電橋補償法 b b補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法 c c補償線圈補償法補償線圈補償法 d d恒流源溫度補償電路法恒流源溫度補償電路法 7 7、利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小 （ ）。）。 a a兩個橋臂都應(yīng)當用大電阻值工作應(yīng)變片兩個橋臂都應(yīng)當用大電阻值工作應(yīng)變片 b b兩個橋臂都應(yīng)當用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)兩個橋臂

37、都應(yīng)當用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián) c c兩個橋臂應(yīng)當分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片兩個橋臂應(yīng)當分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 8 8、關(guān)于電阻應(yīng)變片，下列說法中正確的是（關(guān)于電阻應(yīng)變片，下列說法中正確的是（ ） a a應(yīng)變片的軸向應(yīng)變小于徑向應(yīng)變應(yīng)變片的軸向應(yīng)變小于徑向應(yīng)變 b b金屬電阻應(yīng)變片以壓阻效應(yīng)為主金屬電阻應(yīng)變片以壓阻效應(yīng)為主 c c半導體應(yīng)變片以應(yīng)變效應(yīng)為主半導體應(yīng)變片以應(yīng)變效應(yīng)為主 d d金屬應(yīng)變片的靈敏度主要取決于受力后材料幾何尺寸的變化金屬應(yīng)變片的靈敏度主要取決于受力后材料幾何尺寸的變化 9 9、金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形( (拉伸或壓縮拉

38、伸或壓縮) )的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化 的現(xiàn)象稱為金屬的（的現(xiàn)象稱為金屬的（ ）。）。 a.a.電阻形變效應(yīng)電阻形變效應(yīng) b. b.電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng) c. c.壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) d. d.壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng) b b c c d d b b 習題習題 1010、（ ）是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，將電阻材料在基底上制成）是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，將電阻材料在基底上制成 一層各種形式敏感柵而形成應(yīng)變片。這種應(yīng)變片靈敏系數(shù)高，易實現(xiàn)工業(yè)化生一層各種形式敏感柵而形成應(yīng)變片。這種應(yīng)變片靈敏系數(shù)高，易實現(xiàn)工業(yè)化生 產(chǎn)，是一種很有前途的新型應(yīng)變片。產(chǎn)，是一種很有前途的新型應(yīng)

39、變片。 a.a.箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片 b. b.半導體應(yīng)變片半導體應(yīng)變片 c. c.沉積膜應(yīng)變片沉積膜應(yīng)變片 d. d.薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片 1111、由由( )( )和應(yīng)變片以及一些附件和應(yīng)變片以及一些附件( (補償元件、保護罩等補償元件、保護罩等) )組成的裝置稱組成的裝置稱 為應(yīng)變式傳感器。為應(yīng)變式傳感器。 a.a.彈性元件彈性元件 b.b.調(diào)理電路調(diào)理電路 c. c.信號采集電路信號采集電路 d. d.敏感元件敏感元件 1212、直流電橋平衡的條件是（直流電橋平衡的條件是（ ）。）。 a a 相臨兩臂電阻的比值相等相臨兩臂電阻的比值相等 b b 相對兩臂電阻的比值相等相對兩臂電阻的比值

40、相等 c c相臨兩臂電阻的比值不相等相臨兩臂電阻的比值不相等 d d 所有電阻都相等所有電阻都相等 1313、直流電橋的平衡條件為（直流電橋的平衡條件為（ ） a a相鄰橋臂阻值乘積相等相鄰橋臂阻值乘積相等 b b相對橋臂阻值乘積相等相對橋臂阻值乘積相等 c c相對橋臂阻值比值相等相對橋臂阻值比值相等 d d相鄰橋臂阻值之和相等相鄰橋臂阻值之和相等 d d a a a a b b 習題習題 二、填空題二、填空題 1 1、單位應(yīng)變引起的、單位應(yīng)變引起的稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。 2 2、產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有、產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有 的影的影 響和響

41、和 的影響。的影響。 3 3、直流電橋平衡條件是、直流電橋平衡條件是 。 4 4、直流電橋的電壓靈敏度與電橋的供電電壓的關(guān)系是、直流電橋的電壓靈敏度與電橋的供電電壓的關(guān)系是 關(guān)系。關(guān)系。 5 5、電阻應(yīng)變片的溫度補償中，若采用電橋補償法測量應(yīng)變時，、電阻應(yīng)變片的溫度補償中，若采用電橋補償法測量應(yīng)變時， 粘貼在被測試件表面上，補償應(yīng)變片粘貼在與被測試件完全粘貼在被測試件表面上，補償應(yīng)變片粘貼在與被測試件完全 相同的相同的 上，且補償應(yīng)變片上，且補償應(yīng)變片 。 6 6、半導體應(yīng)變片工作原理是基于、半導體應(yīng)變片工作原理是基于 效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比 金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)金屬應(yīng)變片的

42、靈敏系數(shù) 。 7 7、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除 同時還能起到同時還能起到 的作用。的作用。 8 8、電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件是、電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件是 ，其工作原理，其工作原理 是基于是基于 。 電阻值變化量電阻值變化量 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 相鄰兩臂電阻的比值相等相鄰兩臂電阻的比值相等 正比正比 工作應(yīng)變片工作應(yīng)變片 補償塊補償塊不承受應(yīng)變不承受應(yīng)變 壓阻壓阻 大大 非線性誤差非線性誤差提高靈敏度提高靈敏度 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片 應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 電阻溫度系數(shù)

43、電阻溫度系數(shù) 習題習題 9 9、應(yīng)變式傳感器中的測量電路是式將應(yīng)變片的、應(yīng)變式傳感器中的測量電路是式將應(yīng)變片的 轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成 的變化，以便方便地顯示被測非電量的大小。的變化，以便方便地顯示被測非電量的大小。 1010、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除 ， 同時還能起到同時還能起到 的作用。的作用。 1111、應(yīng)變式傳感器是由、應(yīng)變式傳感器是由 和電阻應(yīng)變片及一些附件組成的。和電阻應(yīng)變片及一些附件組成的。 1212、金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱、金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值

44、將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種 現(xiàn)象稱現(xiàn)象稱 效應(yīng)。效應(yīng)。 1313、應(yīng)變片可以把應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為顯示與記錄應(yīng)變的大小，、應(yīng)變片可以把應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為顯示與記錄應(yīng)變的大小， 還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，完成上述作用的電路稱為電阻還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，完成上述作用的電路稱為電阻 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變式傳感器的_ _ _ _ _，一般采用測量電橋。，一般采用測量電橋。 1414、電阻應(yīng)變片的溫度誤差是由、電阻應(yīng)變片的溫度誤差是由 的改變給測量帶來的附加誤差，

45、其的改變給測量帶來的附加誤差，其 產(chǎn)生的原因有產(chǎn)生的原因有 的影響和的影響和 的的 影響。影響。 1515、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確的測量出來，需采用特別設(shè)計的測、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確的測量出來，需采用特別設(shè)計的測 量電路，通常采用量電路，通常采用 或或 。 1616、減小或消除非線性誤差的方法有、減小或消除非線性誤差的方法有 和采用差動電橋。其中差和采用差動電橋。其中差 動電橋可分為動電橋可分為 和和 兩種方式。兩種方式。 電阻變化量電阻變化量 電量電量 非線性誤差非線性誤差溫度補償溫度補償 彈性元件彈性元件 應(yīng)變應(yīng)變 壓阻壓阻 信號調(diào)節(jié)電路信號調(diào)節(jié)電路 環(huán)境溫度環(huán)境

46、溫度 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 直流電橋直流電橋交流電橋交流電橋 提高橋臂比提高橋臂比 半橋差動半橋差動全橋差動全橋差動 習題習題 三、簡答題三、簡答題 1 1、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？什么叫應(yīng)變效應(yīng)？ 利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。 2 2、試簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差產(chǎn)生的原因。試簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差產(chǎn)生的原因。 3 3、什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓 如何計

47、算？如何計算？ 4 4、簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出( (溫度誤差溫度誤差) )的原因及其補償方法。的原因及其補償方法。 5 5、試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。 6 6、 金屬應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？金屬應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？ 7 7、簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。 8 8、請簡要一下解釋壓阻效應(yīng)。請簡要一下解釋壓阻效應(yīng)。 四、計算題四、計算題 1 1、在半導體應(yīng)變片電橋電路中，其一橋臂為半導體應(yīng)變片，其余均為固定電阻，在

48、半導體應(yīng)變片電橋電路中，其一橋臂為半導體應(yīng)變片，其余均為固定電阻， 該橋路受到該橋路受到=4300=4300應(yīng)變作用。若該電橋測量應(yīng)變時的非線性誤差為應(yīng)變作用。若該電橋測量應(yīng)變時的非線性誤差為1%1%， n=rn=r2 2/r/r1 1=1=1，則該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少？，則該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少？ 習題習題 2 2、圖中，設(shè)負載電阻為無窮大（開路），圖中圖中，設(shè)負載電阻為無窮大（開路），圖中e=4ve=4v， r r1 1=r=r2 2=r=r3 3=r=r4 4=100=100。 （1 1）r r1 1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當r r1 1的增量為

49、的增量為r r1 1=1.0=1.0時，試求電時，試求電 橋的輸出電壓橋的輸出電壓u uo o。 （2 2）r r1 1，r r2 2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為 外接電阻，試求電橋的輸出電壓外接電阻，試求電橋的輸出電壓u uo o。 （3 3）r r1 1，r r2 2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為r r1 1= =r r2 2=1.0=1.0，但，但 極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓u uo o。

50、r1r2 r4 r3 a c b e d io rluo + - 習題習題 3 3、圖中，設(shè)電阻應(yīng)變片圖中，設(shè)電阻應(yīng)變片r r1 1的靈敏度系數(shù)的靈敏度系數(shù)k=2.05k=2.05，未受到應(yīng)變時，未受到應(yīng)變時，r r1 1=120=120。當。當 試件受力試件受力f f時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m=800m/m。試求：。試求： （1 1）應(yīng)變片的電阻變化量）應(yīng)變片的電阻變化量r r1 1和電阻相對變化量和電阻相對變化量r r1 1/r/r1 1。 （2 2）將電阻應(yīng)變片）將電阻應(yīng)變片r r1 1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直

51、流3v3v，求電橋輸出，求電橋輸出 的電壓及其非線性誤差。的電壓及其非線性誤差。 （3 3）如果要減小非新性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線）如果要減小非新性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線 性誤差大小。性誤差大小。 習題習題 4 4、一應(yīng)變片的電阻一應(yīng)變片的電阻r=120 r=120 ，k=2.05k=2.05，用作應(yīng)變片為，用作應(yīng)變片為800m/m800m/m的傳感元件。的傳感元件。 . .求求r/rr/r和和rr； . .若電源電壓若電源電壓u=3vu=3v，惠斯登電橋初始平衡，求輸出電壓，惠斯登電橋初始平衡，求輸出電壓u u0 0。 1111、一個直流應(yīng)

52、變電橋如圖、一個直流應(yīng)變電橋如圖5-385-38。已知：。已知：r1=r2=r3=r4=r=120r1=r2=r3=r4=r=120，e=4ve=4v，電阻應(yīng)，電阻應(yīng) 變片靈敏度變片靈敏度s=2s=2。求：（。求：（1 1）當）當r1r1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，r1r1受力后變受力后變 化化r1/r=1/100r1/r=1/100時，輸出電壓為多少？時，輸出電壓為多少？ （2 2）當）當r2r2也改為工作應(yīng)變片，若也改為工作應(yīng)變片，若r2r2的電阻變化為的電阻變化為1/1001/100時，問時，問r1r1和和r2r2是否能感是否能感 受同樣極性的應(yīng)變，為什么

53、？受同樣極性的應(yīng)變，為什么？ 習題習題 5 5、一個直流應(yīng)變電橋如圖（一個直流應(yīng)變電橋如圖（a a）所示，已知）所示，已知r1=r2=r3=r4=r=100, e=4vr1=r2=r3=r4=r=100, e=4v，電阻，電阻 應(yīng)變片靈敏度應(yīng)變片靈敏度s=2s=2。 求：求：1 1）當）當r1r1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，r1r1受力后變化受力后變化r1/r=1/100r1/r=1/100時，時， 輸出電壓為多少？輸出電壓為多少？ 2 2）當）當r2r2也改為工作應(yīng)變片，若也改為工作應(yīng)變片，若r2r2的電阻變化為的電阻變化為1/1001/100時，問時，問r1

54、r1和和r2r2能否感受同能否感受同 樣極性的應(yīng)變，為什么？樣極性的應(yīng)變，為什么？ 3 3）若要測量圖（）若要測量圖（b b）所示懸臂梁的受力）所示懸臂梁的受力f, f, 四個臂全部為應(yīng)變片，請在梁上標出四個臂全部為應(yīng)變片，請在梁上標出 r1r1、r2r2、r3r3、r4r4應(yīng)變片粘貼的位置。應(yīng)變片粘貼的位置。 r1 r2 r3 r4 e u0 f (a) (a) (b) (b) 習題習題 6 6、已知一等強度梁測力系統(tǒng)，已知一等強度梁測力系統(tǒng)，rxrx為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)k=2k=2，未受應(yīng)，未受應(yīng) 變時，變時，rx = 100rx = 100。當試件受力

55、。當試件受力f f時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變 = 1000m/m = 1000m/m，求：，求： （1 1）應(yīng)變片電阻變化量）應(yīng)變片電阻變化量rxrx和電阻相對變化量和電阻相對變化量rx/rx rx/rx 。 （2 2）將電阻應(yīng)變片）將電阻應(yīng)變片rxrx置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3v3v，求電橋輸出，求電橋輸出 電壓及電橋非線性誤差。電壓及電橋非線性誤差。 （3 3）若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時的兩倍和四倍，應(yīng)采取哪些措施？）若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時的兩倍和四倍，應(yīng)采取哪些措施？ 分析在不同措施下的電橋輸出電壓

56、及電橋非線性誤差大小。分析在不同措施下的電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大小。 作業(yè)作業(yè) 題題 3.73.7： 解：解： （1 1）r r1 1為應(yīng)變片時屬于單臂為應(yīng)變片時屬于單臂 （2 2）如）如r r1 1，r r2 2感受極性和大小相同，感受極性和大小相同，uo=0uo=0。 （3 3）如）如r r1 1，r r2 2感受極性和大小相同，感受極性和大小相同， 若若r r1 1受拉應(yīng)變，受拉應(yīng)變，r r2 2受壓應(yīng)變：受壓應(yīng)變： 若若r r1 1受壓應(yīng)變，受壓應(yīng)變，r r2 2受拉應(yīng)變：受拉應(yīng)變： o er4 1.0 u0.01v 4r4 100 113 o 112234 rrr1001.01

57、 ue 40.02v (rr )(rr )rr2002 113 o 112234 rrr1001.01 ue 40.02v (rr )(rr )rr2002 作業(yè)作業(yè) 題 3.8： 解：（1 1） （2 2）將電阻應(yīng)變片）將電阻應(yīng)變片r r1 1置于單臂測量電橋，取其他橋臂電阻也為置于單臂測量電橋，取其他橋臂電阻也為r r1 1 。當 。當 r r1 1有有 r r1 1的變化時，電橋輸出電壓為的變化時，電橋輸出電壓為 ： 非線性誤差：非線性誤差： 1 1 r k r 1968. 0 1064. 1 11 3 1 1 rkr k r r 3 1 o 1 re3 u1.64 100.00123v

58、 4r4 1 11 l 1 11 1 r rr0.1968 0.00082 r 2rr2 120+0.1968 2+ r 作業(yè)作業(yè) 解：（3）采用差動電橋：）采用差動電橋： 半橋差動：半橋差動： 全橋差動：全橋差動： 1 o 1 re u2 0.00123=0.00246v 2r l 0 l 0 1 o 1 r ue4 0.00123=0.00492v r 59 2.3.5 2.3.5 熱電阻式檢測元件熱電阻式檢測元件 l原理：原理：基于導體或半導體的電阻隨溫度變化的性基于導體或半導體的電阻隨溫度變化的性 質(zhì)質(zhì)熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)； 通過測量其電阻值推算出被通過測量其電阻值推算出被 測物體的溫

59、度，測物體的溫度，電阻溫度傳感器的工作原理電阻溫度傳感器的工作原理。 電阻溫度傳感器主要用于測量電阻溫度傳感器主要用于測量-200-200500500范圍范圍 內(nèi)的溫度。內(nèi)的溫度。 * 60 l熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性： （1 1）電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值）電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值 與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系；與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系； （2 2）電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快；）電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快； （3 3）材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低；）材料的復現(xiàn)性和工藝性好，價格低； （4 4）在測溫范圍內(nèi)化學物理性能穩(wěn)定。）在測溫

60、范圍內(nèi)化學物理性能穩(wěn)定。 純金屬是熱電阻的主要制造材料。純金屬是熱電阻的主要制造材料。 61 （1 1）金屬熱電阻：）金屬熱電阻：一般金屬的電阻值都隨溫度的升高而一般金屬的電阻值都隨溫度的升高而 升高。升高。 金屬熱電阻需考慮問題金屬熱電阻需考慮問題 lr r0 0（t t0 0的的r r）的大?。┑拇笮?綜合考慮常用的綜合考慮常用的r r0 05050 和和r r0 0100100 l電阻絲的粗細電阻絲的粗細 綜合考慮：綜合考慮： 鉑電阻鉑電阻 d d0.030.030.07mm0.07mm 銅電阻銅電阻 d d0.1mm0.1mm 目前常用的金屬熱電阻有鉑電阻、銅電阻。目前常用的金屬熱電阻