傳感與感測技術(shù)教案-第2章電阻應(yīng)變傳感器ppt課件

1、 經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，掌握金屬應(yīng)變式傳感經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，掌握金屬應(yīng)變式傳感器的構(gòu)成原理及特性，對電阻應(yīng)變丈量橋路器的構(gòu)成原理及特性，對電阻應(yīng)變丈量橋路的分析，掌握丈量電橋的構(gòu)造、方式、特點的分析，掌握丈量電橋的構(gòu)造、方式、特點以及相關(guān)的丈量計算。以及相關(guān)的丈量計算。上一頁下一頁返 回2.1 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片2.2 電阻應(yīng)變傳感器丈量電路電阻應(yīng)變傳感器丈量電路2.3 電阻應(yīng)變傳感器的運用電阻應(yīng)變傳感器的運用 上一頁下一頁返 回 電阻應(yīng)變傳感器(Resistance strain sensor)是一種利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。任何非電量只需能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變量就可以利用電阻應(yīng)變傳感器丈

2、量，因此在非電量電測技術(shù)中運用非常廣泛。其主要特點是： 構(gòu)造簡單，運用方便，性能穩(wěn)定、可靠；靈敏度高，頻率呼應(yīng)特性好，適宜于靜態(tài)、動態(tài)丈量；環(huán)境順應(yīng)性好，運用領(lǐng)域廣泛。 返 回 物體受力產(chǎn)生變形的時候，體內(nèi)各點處的變形程度往往并不一樣。用于描畫一點處變形的程度的力學(xué)量就是該點的應(yīng)變。 即：應(yīng)變是由載荷、溫度、濕度等要素引起的物體部分的相對變形。 返 回2.1.1 金屬電阻應(yīng)變片2.1.2 半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片返 回 什么是應(yīng)變片？是一種金屬或非金屬的電什么是應(yīng)變片？是一種金屬或非金屬的電阻體。它經(jīng)過外力產(chǎn)生的形變，產(chǎn)生電阻的變阻體。它經(jīng)過外力產(chǎn)生的形變，產(chǎn)生電阻的變化量，那么把這種電阻體稱為應(yīng)變片

3、?；?，那么把這種電阻體稱為應(yīng)變片。 電阻應(yīng)變傳感器由彈性元件、電阻應(yīng)變片和丈量電路組成。 彈性元件用來感受被丈量的變化，并將被丈量的變化轉(zhuǎn)換為彈性元件外表應(yīng)變； 電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，將彈性元件的外表應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片電阻值的變化； 經(jīng)過 丈量電路將應(yīng)變片電阻值的變化轉(zhuǎn)換為便于輸出丈量的電量，從而實現(xiàn)非電量 的丈量。 電阻應(yīng)變片是應(yīng)變丈量的關(guān)鍵元件，為順應(yīng)各種領(lǐng)域丈量的需求，可供 選擇的電阻應(yīng)變片的種類很多，但按其敏感柵資料及制造方法可分類如表所示。 上一頁返 回下一頁電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在發(fā)活力械變形時，其阻值電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在發(fā)活力械變形時，其阻值 發(fā)生相應(yīng)變化，即構(gòu)成導(dǎo)體的

4、電阻應(yīng)發(fā)生相應(yīng)變化，即構(gòu)成導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)。變效應(yīng)。SlRSdSldldRdR上一頁返 回下一頁取對數(shù)再取微分得；取對數(shù)再取微分得；電阻率電阻率l導(dǎo)體長度導(dǎo)體長度S導(dǎo)體截面積導(dǎo)體截面積dSdSldlRdR由式可知電阻的相對變化是與電阻率的相對變化由式可知電阻的相對變化是與電阻率的相對變化量、長度的相對變化量和半徑的相對變化量有關(guān)量、長度的相對變化量和半徑的相對變化量有關(guān)的，是它們的代數(shù)和。的，是它們的代數(shù)和。 上一頁返 回下一頁對于半徑為對于半徑為r的圓導(dǎo)體，的圓導(dǎo)體，S=r2，d S/S=2dr/rrdrdldlRdR2又由資料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，又由資料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)， 上一

5、頁返 回下一頁Edrdrldl/,/,/)21 (ERdR為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值普通很小，常以微應(yīng)變度量；為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值普通很小，常以微應(yīng)變度量；為電阻絲資料的泊松比，表示導(dǎo)體橫向應(yīng)變量與縱向應(yīng)變量成為電阻絲資料的泊松比，表示導(dǎo)體橫向應(yīng)變量與縱向應(yīng)變量成正比，變形方向相反。普通金屬正比，變形方向相反。普通金屬=0.30.5；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；為應(yīng)力值；為應(yīng)力值；E為資料的彈性模量為資料的彈性模量 rdrdldlRdR2的都是金屬絲的形變引起為徑向應(yīng)變量為軸向（縱向）應(yīng)變量其中,/;/rdrldl/21dRdRks21/dsk資料的幾何尺寸變化引起的資料

6、的電阻率隨應(yīng)變引起的壓阻效應(yīng)金屬資料：金屬資料：ksks以前者為主，那么以前者為主，那么k01+2=1.73.6k01+2=1.73.6半半 導(dǎo)導(dǎo) 體：體：ksks值主要是由電阻率相對變化所決議值主要是由電阻率相對變化所決議skRdR上一頁返 回下一頁物理意義：單位縱向應(yīng)變引物理意義：單位縱向應(yīng)變引起電阻的相對變化量。起電阻的相對變化量。Ks普通在普通在1.83.6 用增量表示：用增量表示：闡明電阻的變化率與金屬絲縱向長度變化率成線性關(guān)系。闡明電阻的變化率與金屬絲縱向長度變化率成線性關(guān)系。llkkRRss敏感柵 直徑為0.025mm左右的合金電阻絲絲繞式 基 底 絕緣覆蓋層 維護(hù)位移、力、力矩

7、、加速度、壓力彈性敏感元件 應(yīng)變 外力作用被測對象外表產(chǎn)生微小機械變形應(yīng)變片敏感柵伴隨變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化 應(yīng)變片上一頁返 回下一頁上一頁返 回下一頁 金屬電阻絲應(yīng)變片的根本構(gòu)造金屬電阻絲應(yīng)變片的根本構(gòu)造 1-基片；基片；2-電阻絲；電阻絲；3-覆蓋層；覆蓋層；4-引出線引出線 基片和覆蓋層普通是很薄的紙張，經(jīng)過粘結(jié)劑固定電阻絲。基片和覆蓋層普通是很薄的紙張，經(jīng)過粘結(jié)劑固定電阻絲?；饔茫汗潭娮杞z；敏感柵與彈性元件見的絕緣層?；饔茫汗潭娮杞z；敏感柵與彈性元件見的絕緣層。覆蓋層作用：維護(hù)敏感柵。覆蓋層作用：維護(hù)敏感柵。粘結(jié)劑分兩種：無機粘結(jié)劑分兩種：無機耐高溫，通常適用于不同溫度的丈

8、量；耐高溫，通常適用于不同溫度的丈量； 有機有機用于中、低和常溫用于中、低和常溫 市面上電阻絲常用阻值為60、120 、200 等規(guī)格，普通用120 。柵長也有所不同，根據(jù)詳細(xì)運用選擇。對電阻絲資料的要求： Ks要大靈敏系數(shù) 溫度系數(shù)要小 電阻率要穩(wěn)定 抗拉力、抗彎曲強度大 抗氧化、抗腐蝕性能好上一頁返 回下一頁 一橫向效應(yīng)二機械滯后三蠕變四溫飄上一頁返 回下一頁敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成直線段：沿軸向拉應(yīng)變x，電阻圓弧段：沿軸向壓應(yīng)度y， 電阻 K上一頁下一頁返 回yx應(yīng)變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵應(yīng)變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消了一部分，從而降低了整個電阻應(yīng)變

9、片的靈敏消了一部分，從而降低了整個電阻應(yīng)變片的靈敏度，帶來丈量誤差，其大小與敏感柵的構(gòu)造及尺度，帶來丈量誤差，其大小與敏感柵的構(gòu)造及尺寸有關(guān)。敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、寸有關(guān)。敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，那么橫向效應(yīng)的影響愈小。愈短，那么橫向效應(yīng)的影響愈小。雖然受橫向效應(yīng)影響，但雖然受橫向效應(yīng)影響，但K在很大范圍內(nèi)還是具在很大范圍內(nèi)還是具有線性關(guān)系的。有線性關(guān)系的。KsK 實際上 在恒溫下，應(yīng)變片受力后，其內(nèi)部會產(chǎn)生不可逆的剩余在恒溫下，應(yīng)變片受力后，其內(nèi)部會產(chǎn)生不可逆的剩余變形，致使應(yīng)變電阻在加載和卸載時，出現(xiàn)一定的差值，此差變形，致使應(yīng)變電阻在加載和卸載時，出現(xiàn)一定

10、的差值，此差值稱之為機械滯后值稱之為機械滯后(Hysteresis)，也將引起應(yīng)變片靈敏系數(shù)下，也將引起應(yīng)變片靈敏系數(shù)下降。降。 主要緣由：主要緣由： 加載和卸載時剩余的應(yīng)變沒有加載和卸載時剩余的應(yīng)變沒有 釋放。釋放。 粘結(jié)劑固化不充分。粘結(jié)劑固化不充分。所以：要預(yù)先進(jìn)展加載和卸載，以所以：要預(yù)先進(jìn)展加載和卸載，以 減小其機械滯后。減小其機械滯后。 應(yīng)變片受恒定力作用時，應(yīng)變電阻值隨時間應(yīng)變片受恒定力作用時，應(yīng)變電阻值隨時間而變化，這是由于應(yīng)力在粘膠層中傳送時出現(xiàn)滑而變化，這是由于應(yīng)力在粘膠層中傳送時出現(xiàn)滑動景象，膠層越厚，滑動越嚴(yán)重，這種景象稱之動景象，膠層越厚，滑動越嚴(yán)重，這種景象稱之為蠕

11、變，蠕變結(jié)果也將引起靈撤系數(shù)下降。因此為蠕變，蠕變結(jié)果也將引起靈撤系數(shù)下降。因此在應(yīng)變片制造及往彈性元件上粘貼時，不但要選在應(yīng)變片制造及往彈性元件上粘貼時，不但要選用同型號優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑，而且粘結(jié)層要薄而均勻。用同型號優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑，而且粘結(jié)層要薄而均勻。 應(yīng)變片資料的電阻普通都受溫度影響，溫度變化引應(yīng)變片資料的電阻普通都受溫度影響，溫度變化引起應(yīng)變片電阻值變化的起應(yīng)變片電阻值變化的 景象稱之為溫漂，這種由于物質(zhì)景象稱之為溫漂，這種由于物質(zhì)內(nèi)部熱激發(fā)所引起的熱輸出，通常是導(dǎo)致靈敏度下降的內(nèi)部熱激發(fā)所引起的熱輸出，通常是導(dǎo)致靈敏度下降的主要要素，因此在應(yīng)變丈量中都要采取相應(yīng)的溫度補償主要要素，因此在應(yīng)變

12、丈量中都要采取相應(yīng)的溫度補償措施。措施。 主要緣由：主要緣由： 溫度會導(dǎo)致應(yīng)變片電阻絲溫度會導(dǎo)致應(yīng)變片電阻絲的變化的變化 膨脹后會改動膨脹后會改動R。l在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需求的外形 箔式應(yīng)變片 上一頁返 回下一頁1尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，順應(yīng)不同的丈量要求， 2可制成多種復(fù)雜外形尺寸準(zhǔn)確的敏感柵 3與被測試件接觸面積大，粘結(jié)性能好。散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。4蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。5試件受力產(chǎn)生應(yīng)變，經(jīng)過基底傳給應(yīng)變面。由于箔狀較薄，所以其應(yīng)力與外表應(yīng)力較接近，丈量精度較高。6比絲狀應(yīng)變片橫向效應(yīng)帶來

13、的誤差小。 缺陷：1電阻值的分散性大 阻值調(diào)整。2引線是焊接點引出，而絲狀是直接引出，所以箔狀焊點容易受溫度限制，不能過高。3本錢高。上一頁返 回下一頁l采用真空蒸發(fā)或真空堆積等方法在薄的絕緣基片上構(gòu)成厚度在0.1m以下的金屬電阻資料薄膜敏感柵，再加上維護(hù)層，易實現(xiàn)工業(yè)化批量消費 l優(yōu)點：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，任務(wù)范圍廣，易實現(xiàn)工業(yè)化消費l問題：難控制電阻與溫度和時間的變化關(guān)系 上一頁返 回下一頁ELLRR)21 ()21 (上一頁返 回下一頁壓阻效應(yīng)：沿著半導(dǎo)體某晶向施加一定的壓力而使其產(chǎn)生應(yīng)變時，其壓阻效應(yīng)：沿著半導(dǎo)體某晶向施加一定的壓力而使其產(chǎn)生應(yīng)變時，其電阻率將隨應(yīng)力改動而變

14、化，這種景象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。電阻率將隨應(yīng)力改動而變化，這種景象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。 單晶硅是各向異性資料，取向不同時，特性不同，而取向是用晶單晶硅是各向異性資料，取向不同時，特性不同，而取向是用晶向表示的。所謂晶向就是晶面的法線方向。晶向確定之后，晶面就是向表示的。所謂晶向就是晶面的法線方向。晶向確定之后，晶面就是確定的。確定的。其中：其中：半導(dǎo)體晶體縱向壓阻系數(shù)；半導(dǎo)體晶體縱向壓阻系數(shù)； E半導(dǎo)體晶體彈性模量半導(dǎo)體晶體彈性模量對于半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，普通對于半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，普通 E比比12大近百倍，故：大近百倍，故：EllRRKB/ERR其應(yīng)變靈敏系數(shù)：其應(yīng)變靈敏系數(shù)：上一頁返

15、回下一頁主要缺陷：溫度穩(wěn)定性差，丈量較大應(yīng)變時非主要缺陷：溫度穩(wěn)定性差，丈量較大應(yīng)變時非線性嚴(yán)重，在運用時要采取相應(yīng)的溫度補償和線性嚴(yán)重，在運用時要采取相應(yīng)的溫度補償和非線性校正措施非線性校正措施上一頁返 回下一頁2.2.1 2.2.1 根本原理根本原理2.2.2 2.2.2 單臂橋單臂橋2.2.3 2.2.3 半橋半橋2.2.4 2.2.4 全橋全橋2.2.5 2.2.5 應(yīng)變丈量電橋性能的提高應(yīng)變丈量電橋性能的提高上一頁返 回下一頁 電阻應(yīng)變計把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成R/R后，由于應(yīng)變量及其應(yīng)變電阻變化普通都很微小，既難以直接準(zhǔn)確丈量，又不便直接處置。因此，必需采用轉(zhuǎn)換電路或儀器，把應(yīng)變計的R

16、/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。通常采用電橋電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 根據(jù)電源的不同，電橋分直流電橋和交流電橋。由于應(yīng)變電橋各橋臂是電阻，故可采用直流電橋。電橋輸出表達(dá)式：Io=0，Uo0時電橋平衡平衡條件 :R1R3=R2R4 上一頁返 回下一頁UiRRRRRRRRUiRRRRRRUo)43)(21(4231)434211( 根據(jù)電橋的四個臂電阻能否為任務(wù)應(yīng)變片，可將電橋分為以下幾種： 1單臂橋 2半橋 3全橋上一頁返 回下一頁橋臂AD為任務(wù)臂，接應(yīng)變片；R1為應(yīng)變片靜態(tài)電阻；R為任務(wù)時應(yīng)變片電阻的變化量上一頁返 回下一頁R為正：正應(yīng)變，接受拉應(yīng)變，符號箭頭向上；為正：正應(yīng)變，接受拉應(yīng)變，符號箭頭向

17、上；為負(fù)：負(fù)應(yīng)變，接受壓應(yīng)變，符號箭頭向下。為負(fù)：負(fù)應(yīng)變，接受壓應(yīng)變，符號箭頭向下。實踐任務(wù)中：實踐任務(wù)中：R1為任務(wù)應(yīng)變片；為任務(wù)應(yīng)變片；R2為補償應(yīng)變片，對溫度為補償應(yīng)變片，對溫度引起的誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)展補償；引起的誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)展補償；R3、R4為固定電阻。為固定電阻。UiKKUiRRRRUiRRRUiRRRRRRUiRRRRUiRRRRRRRRUo24242424222)212()434211(上一頁返 回下一頁單臂橋：只需一個橋臂接應(yīng)變片。單臂橋：只需一個橋臂接應(yīng)變片。設(shè)設(shè)R1R2=R3=R4=R，稱之為等臂橋。輸出為：，稱之為等臂橋。輸出為：單臂橋的靈敏度為：單臂橋的靈敏度為：R

18、RUiRRUoSu24/當(dāng)當(dāng)RR時，有：時，有：UiSuUiKUo4141可見其輸出電壓小，靈敏度低，可見其輸出電壓小，靈敏度低，且具有一定的非線性。且具有一定的非線性。半橋即雙臂橋，有兩個相鄰橋臂接應(yīng)變片，且一個正應(yīng)變，一個負(fù)應(yīng)變。R1、R2均為任務(wù)電阻；R3、R4為固定電阻。UiRRUoSu21/上一頁返 回下一頁R1 R： 拉應(yīng)變拉應(yīng)變R2 R：壓應(yīng)變：壓應(yīng)變R1R2=R3=R4=RUiKUiRRUiRRRUiRRRRRRRRRUo212)212()434221111(可見半橋的輸出電壓和靈可見半橋的輸出電壓和靈敏度都比單臂橋大一倍，敏度都比單臂橋大一倍，且非線性得到改善。且非線性得到改

19、善。當(dāng)當(dāng)R1=R+ R，R2 =R-R時時稱為半橋方式的差動丈量橋稱為半橋方式的差動丈量橋應(yīng)變片全橋指四個橋臂都接有應(yīng)變片。UiRRUoSu/上一頁返 回下一頁R1 R3 RR2R4RR1R2=R3=R4=RUiRRUiRRRRRRUiRRRRRRRRRRRRUo)22()443344221111(可見全橋的輸出電壓和靈可見全橋的輸出電壓和靈敏度都比半橋大一倍，應(yīng)敏度都比半橋大一倍，應(yīng)盡量采用全橋。盡量采用全橋。相鄰橋臂所接的應(yīng)變片接受相反響變相鄰橋臂所接的應(yīng)變片接受相反響變相對橋臂所接的應(yīng)變片接受一樣應(yīng)變相對橋臂所接的應(yīng)變片接受一樣應(yīng)變當(dāng)當(dāng)R1=R3=R+ R，R2 =R4=R-R時時稱為全

20、橋方式的差動丈量橋稱為全橋方式的差動丈量橋上一頁返 回下一頁 丈量電橋任務(wù)性能對應(yīng)變丈量的丈量電橋任務(wù)性能對應(yīng)變丈量的精度影響很大，為了實現(xiàn)高精度丈量精度影響很大，為了實現(xiàn)高精度丈量，必需改善丈量電橋的任務(wù)性能，如，必需改善丈量電橋的任務(wù)性能，如提高靈敏度、改善非線性及進(jìn)展溫度提高靈敏度、改善非線性及進(jìn)展溫度補償?shù)取Ｑa償?shù)取?靈敏度和供電電壓的關(guān)系：供橋電壓越高，電橋靈敏度越高，但溫度靈敏度和供電電壓的關(guān)系：供橋電壓越高，電橋靈敏度越高，但溫度誤差越大，因此普通供橋電壓為誤差越大，因此普通供橋電壓為13V上一頁返 回下一頁UiRRRRRRRRRRRRRRRRU)()()(44332211442

21、2331101.靈敏度的提高靈敏度的提高提高靈敏度的方法：采用差動電橋，即半橋和全橋提高靈敏度的方法：采用差動電橋，即半橋和全橋式中式中RiRi，為分析方便，忽略分母中的，為分析方便，忽略分母中的Ri項和分子中的項和分子中的Ri 高次頂，且電橋巳調(diào)平衡，即高次頂，且電橋巳調(diào)平衡，即R1R3R2R4，此時電橋輸出電壓，此時電橋輸出電壓可改寫為：可改寫為： UiRRRRRRRRRRRRU44332211)21(2120采用等臂電橋，即采用等臂電橋，即R1= R2= R3=R4=R 。那么。那么RRRRRRRRUiU432104上一頁返 回下一頁432104UiKU Ri R時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變

22、成線性關(guān)系。時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。 假設(shè)相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變假設(shè)相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時，輸出電壓為兩者之差；假設(shè)相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性不時，輸出電壓為兩者之差；假設(shè)相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性不同，那么輸出電壓為兩者之和。同，那么輸出電壓為兩者之和。 假設(shè)相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；假設(shè)相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之那么為兩者之差。反之那么為兩者之差。 電橋供電電壓電橋供電電壓U越高，輸出電壓越高，輸出電壓U0越大。但是，當(dāng)越大。但是，當(dāng)U大時，大時，電阻應(yīng)變片經(jīng)過的電流也大，假設(shè)超越電阻應(yīng)變片所允許

23、電阻應(yīng)變片經(jīng)過的電流也大，假設(shè)超越電阻應(yīng)變片所允許經(jīng)過的最大任務(wù)電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。經(jīng)過的最大任務(wù)電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。 增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。，可提高電橋的輸出電壓。上一頁返 回下一頁略去分母中的略去分母中的R1/R1項項 ,假設(shè)假設(shè)R1/R11單臂電橋，即單臂電橋，即R1橋臂變化橋臂變化R，理想的線性關(guān)系，理想的線性關(guān)系 實踐輸出電壓：實踐輸出電壓： 上一頁返 回下一頁RRUU4010211424RRRRURRRUU電橋的相對非線性誤差為：電橋的相對非線性誤差為： KRRRRRRUU2121121112111100差

24、動半橋、差動全橋的誤差情況：差動半橋、差動全橋的誤差情況： 根據(jù)對差動方式的電橋分析，我們可以知道在輸出表達(dá)根據(jù)對差動方式的電橋分析，我們可以知道在輸出表達(dá)式中，分母中已不存在式中，分母中已不存在R的分量，所以也就不存在非線性誤的分量，所以也就不存在非線性誤差的要素。差的要素。結(jié)論：差動丈量可以消除非線性誤差要素。結(jié)論：差動丈量可以消除非線性誤差要素。橋路補償橋路補償應(yīng)變片自補償應(yīng)變片自補償外補償外補償溫度補償溫度補償 上一頁返 回下一頁 無論是金屬電阻應(yīng)變片或半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，無論是金屬電阻應(yīng)變片或半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，都對溫度變化非常敏感，因此溫度變化將引起電橋都對溫度變化非常敏感，因此溫度變

25、化將引起電橋丈量誤差。丈量誤差。 橋路補償橋路補償U(kuò)0R1R4R3URbFFR1Rb上一頁返 回下一頁 當(dāng)采用單臂橋時，可使單臂橋?qū)禺?dāng)采用單臂橋時，可使單臂橋?qū)囟葓龀尸F(xiàn)差動輸出形狀，即在單臂橋任度場呈現(xiàn)差動輸出形狀，即在單臂橋任務(wù)臂的相鄰臂接入一樣型號的應(yīng)變片，務(wù)臂的相鄰臂接入一樣型號的應(yīng)變片，此應(yīng)變片不受應(yīng)力影響，但與任務(wù)臂上此應(yīng)變片不受應(yīng)力影響，但與任務(wù)臂上的應(yīng)變片處于同一溫度場中，稱其為補的應(yīng)變片處于同一溫度場中，稱其為補償片。償片。02R1RR4UiUoR2R1R）（輸出電壓故由溫度變化所引起的變化量溫度變化所引起的電阻 橋路補償橋路補償R1 +RRb -RU0R1RR4R3URb

26、R上一頁返 回下一頁 由前面的分析可知，當(dāng)采用差由前面的分析可知，當(dāng)采用差動橋時，各橋臂應(yīng)變片處于同一溫動橋時，各橋臂應(yīng)變片處于同一溫度場下，即溫度變化引起各橋臂電度場下，即溫度變化引起各橋臂電阻的變化量大小相等、劑型一樣，阻的變化量大小相等、劑型一樣，致使相鄰橋臂電阻變化量想減為致使相鄰橋臂電阻變化量想減為0，由于差動橋具有溫度自補償功能。由于差動橋具有溫度自補償功能。優(yōu)點：優(yōu)點：簡單、方便，在常溫下補償效果較好簡單、方便，在常溫下補償效果較好缺陷：缺陷：在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到任務(wù)片與補償片處于溫度完全一致的情任務(wù)片與補償片處于溫度完全一致的

27、情況，因此影響補償效果。況，因此影響補償效果。l粘貼在被測部位上的是一種特殊應(yīng)變片，粘貼在被測部位上的是一種特殊應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊虍?dāng)溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種應(yīng)變片稱為溫度自補償相互抵消，這種應(yīng)變片稱為溫度自補償應(yīng)變片。利用這種應(yīng)變片來實現(xiàn)溫度補應(yīng)變片。利用這種應(yīng)變片來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補償法。償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補償法。la. 選擇式自補償應(yīng)變片選擇式自補償應(yīng)變片lb. 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 T KRtUiR1RR4R3U0R2RtR5 分流電阻分流電阻 UURt U = Ui - URtK上一頁返 回下一頁

28、作用： 金屬應(yīng)變片除了測定試件應(yīng)力、應(yīng)變外，還可以組成多種應(yīng)變片傳感器來丈量力、扭矩、加速度、壓力等物理量。組成： 普通應(yīng)變式傳感器包括兩部分：彈性敏感元件，將被丈量力、扭矩、加速度、壓力等轉(zhuǎn)換成彈性體的應(yīng)變值。應(yīng)變片元件，稱之為轉(zhuǎn)換元件，將應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為電阻的變化量。 上一頁返 回下一頁l1 應(yīng)變式力傳感器l2 應(yīng)變式壓力傳感器l3. 應(yīng)變式液體分量或液位傳感器l4 應(yīng)變式加速度傳感器上一頁返 回下一頁上一頁返 回下一頁a實心圓柱；實心圓柱；b空心圓筒；空心圓筒； R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF軸向、切向粘貼的應(yīng)變片個數(shù)應(yīng)相等，以便接成差動電路軸向、切

29、向粘貼的應(yīng)變片個數(shù)應(yīng)相等，以便接成差動電路8765SEF4321徑向應(yīng)變軸向應(yīng)變F：載荷力：載荷力S：彈性元件橫截面積：彈性元件橫截面積E：彈性元件彈性模量：彈性元件彈性模量上一頁返 回下一頁 這類傳感器的彈性元件是一個這類傳感器的彈性元件是一個懸臂梁，載荷加在梁的自在端，應(yīng)懸臂梁，載荷加在梁的自在端，應(yīng)變片沿梁的長度方向上下粘貼，懸變片沿梁的長度方向上下粘貼，懸臂梁分等強度梁和等截面梁，其應(yīng)臂梁分等強度梁和等截面梁，其應(yīng)變特性是不一樣的。變特性是不一樣的。上一頁返 回下一頁等截面梁 構(gòu)造簡單，易加工，靈敏度高適宜于測5000N以下的載荷 b0h 等截面懸臂梁EhbFl2006顯然各點上的應(yīng)力

30、與顯然各點上的應(yīng)力與L0有關(guān)有關(guān)，L0越大，應(yīng)力應(yīng)變就越大越大，應(yīng)力應(yīng)變就越大。即沿。即沿L方向的粘貼位置誤方向的粘貼位置誤差直接影響丈量結(jié)果。差直接影響丈量結(jié)果。b0h 等強度懸臂梁 EhbxF206由于由于x/b0為常數(shù)，因此等強度梁各截面上的應(yīng)力實踐與為常數(shù)，因此等強度梁各截面上的應(yīng)力實踐與x無無關(guān)，即沿關(guān)，即沿L方向的粘貼位置誤差對丈量結(jié)果不產(chǎn)生影響。方向的粘貼位置誤差對丈量結(jié)果不產(chǎn)生影響。 雙端固定梁EbhlF243與單端固定梁相比，與單端固定梁相比，增大增大。由于。由于U0=kUi，所以，所以U0增大。增大。上一頁返 回下一頁 為了順應(yīng)工程丈量的需求，有時采用為了順應(yīng)工程丈量的需求

31、，有時采用環(huán)式力傳感器。其彈性元件是圓形吊環(huán)或環(huán)式力傳感器。其彈性元件是圓形吊環(huán)或扁環(huán)形吊環(huán)。環(huán)上粘應(yīng)變片，便于接成差扁環(huán)形吊環(huán)。環(huán)上粘應(yīng)變片，便于接成差動電路，即接受拉應(yīng)變和壓應(yīng)變的應(yīng)變片動電路，即接受拉應(yīng)變和壓應(yīng)變的應(yīng)變片數(shù)相等。數(shù)相等。上一頁返 回下一頁21)2/(32EbhhRF在外力作用下，各點的應(yīng)力差別較大在外力作用下，各點的應(yīng)力差別較大 R1、R4接受拉應(yīng)變，接受拉應(yīng)變，F(xiàn)越大，越大，R越大越大R2、R3接受壓應(yīng)變，接受壓應(yīng)變，F(xiàn)越大，越大，R越小越小E：彈性模量：彈性模量r：圓環(huán)的平均半徑：圓環(huán)的平均半徑h：圓環(huán)平面的徑向厚度：圓環(huán)平面的徑向厚度b：圓環(huán)平面法線方向厚度：圓環(huán)平

32、面法線方向厚度可接差動半橋或全橋可接差動半橋或全橋產(chǎn)品詳細(xì)引見產(chǎn)品詳細(xì)引見采用國際流行的雙梁式或剪切采用國際流行的雙梁式或剪切S梁構(gòu)造，拉梁構(gòu)造，拉、壓輸出對稱性好、壓輸出對稱性好、 丈量精度高、構(gòu)造緊湊，安裝方便，廣泛用丈量精度高、構(gòu)造緊湊，安裝方便，廣泛用于機電結(jié)合秤、料斗秤、包裝秤等各種測力于機電結(jié)合秤、料斗秤、包裝秤等各種測力、稱重系統(tǒng)中、稱重系統(tǒng)中 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)供橋電壓供橋電壓 12VDC 輸入阻抗輸入阻抗 38020 輸出阻抗輸出阻抗 35010 絕緣電阻絕緣電阻 2000M 任務(wù)溫度任務(wù)溫度 -10+50 上一頁返 回下一頁 采用輪輻式構(gòu)造，高度低，抗偏抗側(cè)才采用輪輻式構(gòu)造，

33、高度低，抗偏抗側(cè)才干強，丈量精度高，性能穩(wěn)定可靠安裝方便，干強，丈量精度高，性能穩(wěn)定可靠安裝方便，是大、中量程精度傳感器中的最正確方式，是大、中量程精度傳感器中的最正確方式，廣泛用于各種電子衡器和各種力值丈量，如廣泛用于各種電子衡器和各種力值丈量，如汽車衡、軌道衡、吊勾秤、料斗秤汽車衡、軌道衡、吊勾秤、料斗秤技術(shù)參數(shù) 量程t 1，2，5，10，20，30，50 供橋電壓 12VDC 靈敏度 152mV/V 輸入阻抗 73020 非線性%FS 0.03, 0.05, 0.1 輸出阻抗 70010 反復(fù)性%FS 0.03, 0.05, 0.1 絕緣電阻 2000M 滯后%FS 0.03, 0.05

34、, 0.1 任務(wù)溫度 -10+50 允許過負(fù)荷 120%FS 熱零點偏移%FS/10 上一頁返 回下一頁上一頁返 回下一頁R4R3R1R2 UU0膜片R1R2 R3R4膜片式壓力傳感器 當(dāng)液體進(jìn)入膜盒后，對膜片產(chǎn)生一定的壓力，此壓力使膜當(dāng)液體進(jìn)入膜盒后，對膜片產(chǎn)生一定的壓力，此壓力使膜片上的應(yīng)變片接受相應(yīng)的應(yīng)變。片上的應(yīng)變片接受相應(yīng)的應(yīng)變。R1、R4接受拉應(yīng)變，即徑向接受拉應(yīng)變，即徑向應(yīng)變應(yīng)變r，R2、R3接受壓應(yīng)變，即切向應(yīng)變接受壓應(yīng)變，即切向應(yīng)變t，可接成差動全，可接成差動全橋，獲得較高靈敏度。橋，獲得較高靈敏度。 主要用于氣體、液體壓力的丈量。主要用于氣體、液體壓力的丈量。上一頁返 回下

35、一頁trR1R2 R3R4)(1 (83)3)(1 (8322222222xrEhPxrEhPtr其中：其中：h膜片厚度膜片厚度 r膜片半徑膜片半徑 x應(yīng)變片離圓形的徑向間隔應(yīng)變片離圓形的徑向間隔可知：可知：r邊緣處最大，邊緣處最大，t圓心處最大。圓心處最大。所以：中心處沿切向貼兩應(yīng)變片，邊緣處沿徑向貼所以：中心處沿切向貼兩應(yīng)變片，邊緣處沿徑向貼 兩應(yīng)變片。兩應(yīng)變片。機床液壓系統(tǒng)的壓力106107Pa，槍炮的膛內(nèi)壓力108Pa，動態(tài)特性和靈敏度主要由資料的E值和尺寸決議 上一頁返 回下一頁其彈性元件是一個薄壁圓筒，當(dāng)氣體或液體進(jìn)入圓筒內(nèi)對薄壁產(chǎn)其彈性元件是一個薄壁圓筒，當(dāng)氣體或液體進(jìn)入圓筒內(nèi)對薄壁產(chǎn)生壓力時，薄壁產(chǎn)生變形，粘貼其上的應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。生壓力時，薄壁產(chǎn)生變形，粘貼其上的應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變