第3章電阻式傳感器1

1、 電阻應(yīng)變式傳感器是將電阻應(yīng)變式傳感器是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，的變化，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電量再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電量( (電流、電壓電流、電壓) )輸出。輸出。 電阻應(yīng)變式傳感器也是電阻應(yīng)變式傳感器也是應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的傳感器，可用于應(yīng)變力、的傳感器，可用于應(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)變片占占70%，美國占，美國占90%。 測力范圍：測力范圍：小到肌肉纖維（小到肌肉纖維（510-5N)，大到登月火箭，大到登月火箭(5107N)； 精確度：精確度：在在0.010.1%，有，有10

2、年以上的校準穩(wěn)定性年以上的校準穩(wěn)定性。F 應(yīng)變式傳感器主要特征應(yīng)變式傳感器主要特征 有不同材料類型，金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片有不同材料類型，金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片; ; 優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單、精度高、范圍大體積?。粌?yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單、精度高、范圍大體積小； 缺點，電阻、半導(dǎo)體會隨溫度變化。缺點，電阻、半導(dǎo)體會隨溫度變化。廣泛應(yīng)用于各種廣泛應(yīng)用于各種衡器衡器和和應(yīng)變應(yīng)變測測量量1） 用于各種電子秤用于各種電子秤電電子子天天平平吊秤吊秤遙遙動動遙遙控控吊吊秤秤液液壓壓叉叉車車秤秤電子皮帶秤電子皮帶秤行李秤行李秤鋼包電子秤鋼包電子秤行車電子秤行車電子秤防爆汽車衡防爆汽車衡給料秤給料秤機機械械秤秤包包裝裝機機

3、動動態(tài)態(tài)電電子子秤秤自動稱重給料機自動稱重給料機給料斗秤給料斗秤稱重包裝機稱重包裝機定量包裝機定量包裝機灌裝機灌裝機2）用于應(yīng)變儀）用于應(yīng)變儀 全自動應(yīng)力、應(yīng)變實時監(jiān)測儀全自動應(yīng)力、應(yīng)變實時監(jiān)測儀動態(tài)動態(tài)監(jiān)測各種監(jiān)測各種工件工件施工中的施工中的應(yīng)變、應(yīng)力、載荷或合成應(yīng)應(yīng)變、應(yīng)力、載荷或合成應(yīng)力；力；可可檢測振動檢測振動時效果。時效果。可可靜態(tài)靜態(tài)地測量地測量內(nèi)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，如焊接如焊接件、鑄件、鍛件、水壩、巖石、混凝土內(nèi)件、鑄件、鍛件、水壩、巖石、混凝土內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力；焊接、鑄造、機加工、熱加工、的內(nèi)應(yīng)力；焊接、鑄造、機加工、熱加工、鍛造、冷凝、體變等殘余接觸應(yīng)力；鍛造、冷凝、

4、體變等殘余接觸應(yīng)力； 用于各種用于各種彈性固體材料、構(gòu)建彈性固體材料、構(gòu)建的的應(yīng)變測量、應(yīng)力檢測及監(jiān)應(yīng)變測量、應(yīng)力檢測及監(jiān)測，測，如：鋼結(jié)構(gòu)、合金件、機床、大壩體、隧道、橋梁、如：鋼結(jié)構(gòu)、合金件、機床、大壩體、隧道、橋梁、高樓、建筑、土建、管道、輸水管、巖石、地震、船舶、高樓、建筑、土建、管道、輸水管、巖石、地震、船舶、海洋平臺、油井、小堤壩、電纜、鍋爐海洋平臺、油井、小堤壩、電纜、鍋爐，上海盧浦大橋通車應(yīng)變試驗上海盧浦大橋通車應(yīng)變試驗上海國際會議中心模型試驗上海國際會議中心模型試驗打樁船吊塔打樁船吊塔 強度試驗強度試驗金屬絲式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)金屬絲式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)1

5、敏感元件 2、4基底 3引線應(yīng)變片組成應(yīng)變片組成 應(yīng)變片結(jié)構(gòu)應(yīng)變片結(jié)構(gòu)單體型半導(dǎo)體應(yīng)變片單體型半導(dǎo)體應(yīng)變片F(xiàn) 半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)溫度傳感器溫度傳感器擴散電阻擴散電阻硅膜片硅膜片硅片硅片基片基片集成式應(yīng)變傳感器集成式應(yīng)變傳感器lRSRlSRlS2srsrll611 10/mm mm 應(yīng)變單位： / (/r rl l 徑向）（軸向）在彈性范圍內(nèi)金屬絲受拉時，在彈性范圍內(nèi)金屬絲受拉時，軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變和和徑向應(yīng)變徑向應(yīng)變的關(guān)系，的關(guān)系，負號表示應(yīng)變受力方向相反負號表示應(yīng)變受力方向相反RlSRlS12RR0/1 2R Rk RlSRlS/(12)0/12k 彈性元件在應(yīng)變片測量技術(shù)中占有

6、極其重要的地位，首先彈性元件在應(yīng)變片測量技術(shù)中占有極其重要的地位，首先把把力力、力矩力矩或或壓力壓力變換成相應(yīng)的變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移應(yīng)變或位移，然后傳遞給，然后傳遞給粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片，通過應(yīng)變片將力、力矩或壓粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片，通過應(yīng)變片將力、力矩或壓力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻值。力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻值。物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為變形變形，而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，這種變形稱為這種變形稱為彈性變形彈性變形。具有彈性變形特性的物體稱為彈具有彈性變形特性

7、的物體稱為彈性元件。性元件。3. 3. 彈性敏感元件彈性敏感元件常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性a） 剛度剛度剛度是彈性元件受外力作用下變形大小的量度，剛度是彈性元件受外力作用下變形大小的量度，其定義是其定義是彈性元件單位變形下所需要的力彈性元件單位變形下所需要的力，用，用C C 表示，其數(shù)學(xué)表達式為表示，其數(shù)學(xué)表達式為 3. 3. 彈性敏感元件彈性敏感元件dxdFxFC lim式中式中: : F F 作用在彈性元件上的外力，單位為牛頓（作用在彈性元件上的外力，單位為牛頓（N N）；）； x x 彈性元件所產(chǎn)生的變形，單位為毫米（彈性元件所產(chǎn)生的變形，單位為毫米（mmmm）。）

8、。通常用剛度的倒數(shù)來表示彈性元件的特性，通常用剛度的倒數(shù)來表示彈性元件的特性，稱為彈性元件的靈敏度，一般用稱為彈性元件的靈敏度，一般用S S 表示，表示，其表達式為其表達式為 3. 3. 彈性敏感元件彈性敏感元件 從上式可以看出，從上式可以看出，靈敏度是單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小，靈敏度是單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小，靈敏度大，表明彈性元件軟，變形大。如果彈性特性是線性的，則靈敏靈敏度大，表明彈性元件軟，變形大。如果彈性特性是線性的，則靈敏度為一常數(shù)，若彈性特性是非線性的，則靈敏度為一變量，即表示此彈度為一常數(shù)，若彈性特性是非線性的，則靈敏度為一變量，即表示此彈性元件在彈性變形范

9、圍內(nèi)，各處由單位力產(chǎn)生的變形大小是不同的性元件在彈性變形范圍內(nèi)，各處由單位力產(chǎn)生的變形大小是不同的.dFdxCS1OFA1230 x彈性特性曲線彈性特性曲線 b） 靈敏度靈敏度各種形式的金屬各種形式的金屬式電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變片 金屬式金屬式電阻應(yīng)變片常見的有電阻應(yīng)變片常見的有絲式絲式、箔式箔式、薄膜型薄膜型 按材料分為按材料分為 體型體型 絲式、箔式絲式、箔式 金屬式：金屬式： 薄膜型薄膜型 半導(dǎo)體式：半導(dǎo)體式：體型體型、薄膜型、擴散型、外延型、薄膜型、擴散型、外延型、PNPN結(jié)型結(jié)型 按結(jié)構(gòu)分：單片、雙片、特殊形狀按結(jié)構(gòu)分：單片、雙片、特殊形狀 按使用環(huán)境：高溫、低溫、高壓、磁場、水下按使

10、用環(huán)境：高溫、低溫、高壓、磁場、水下 金屬絲式金屬絲式 敏感柵用敏感柵用0.025mm0.025mm金屬絲（康銅、貴金屬）；金屬絲（康銅、貴金屬）； 金屬箔式金屬箔式 通過照相制版，光刻腐蝕工藝作成金屬薄柵，通過照相制版，光刻腐蝕工藝作成金屬薄柵， 厚度在厚度在0.0030.0030.01mm0.01mm，敏感柵截面為矩形，敏感柵截面為矩形， 可通過大電流，工藝適于批量生產(chǎn)；可通過大電流，工藝適于批量生產(chǎn)； 金屬薄膜型金屬薄膜型采用真空技術(shù)，在基片上蒸鍍金屬薄膜，采用真空技術(shù)，在基片上蒸鍍金屬薄膜， 厚度為納米級。厚度為納米級。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體式式：體型體型、薄膜型、擴散型、外延型、薄膜型、擴散

11、型、外延型、PNPN結(jié)型結(jié)型體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片 直流電橋的平衡條件直流電橋的平衡條件 323141012341234()()RR RR RRUEERRRRRRRR1423R RR R1234/RRRR電橋平衡時電橋平衡時: I0 = 0 ，U0 = 0 要滿足電橋平衡條件，必須有要滿足電橋平衡條件，必須有對比積相等對比積相等，鄰臂比相等鄰臂比相等當(dāng)負載當(dāng)負載 RL（放大器的輸入阻抗比橋路阻抗大的多，放大器的輸入阻抗比橋路阻抗大的多，可視為開路可視為開路）電橋輸出電壓為：）電橋輸出電壓為： 設(shè)設(shè)R1為應(yīng)變片，應(yīng)變時為應(yīng)變片，應(yīng)變時R1變化量為變化量為R1 ， 應(yīng)變片阻值變化

12、電橋失衡，不平衡輸出電壓為應(yīng)變片阻值變化電橋失衡，不平衡輸出電壓為311011234RRRUERRRRR 4311112143(/)(/)(1/) 1/RRRRERRRRRR 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度R121unKEnF 電橋輸出的電橋輸出的電壓靈敏度電壓靈敏度為為 10211RnUERn 電橋輸出電壓可近似為電橋輸出電壓可近似為11RR11/RR，忽略分母中，忽略分母中 由于由于 設(shè)橋臂比設(shè)橋臂比21/nRR 考慮平衡條件考慮平衡條件2143/RRRR43110112143(/)(/)(1/) 1/RRRRUERRRRRR 對于對于 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度11011(/)(1/)

13、1nRRUERRnn 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度大，電橋輸出電壓越大，大，電橋輸出電壓越大， Ku 與電橋電源與電橋電源 E 成正比，但供電受應(yīng)變片允許功耗限制；成正比，但供電受應(yīng)變片允許功耗限制； 2. Ku 是橋臂比是橋臂比n的函數(shù)，恰當(dāng)選擇橋臂比可提高電壓靈敏度；的函數(shù)，恰當(dāng)選擇橋臂比可提高電壓靈敏度； 顯然顯然 n=1、R1=R2、R3=R4 時時 Ku 有最大值。有最大值。 4. 單臂工作片的單臂工作片的電橋輸出電壓電橋輸出電壓及及電壓靈敏度電壓靈敏度分別為分別為21unKEn2410(1)udKndnn104REUR4uEK01uRUKR等臂電橋等臂電橋 n =1=1時時112L

14、RR 11011(/)(1/)(1)RRnUEnRRn 實際輸出值為實際輸出值為0011011/1/LUURRUnRR 非線性誤差非線性誤差11RR11/RR，忽略了分母中忽略了分母中前面計算中設(shè)前面計算中設(shè)1111/1/212LRRRR將分母按冪級數(shù)展開，略去高階量近似得到單橋非線性誤差將分母按冪級數(shù)展開，略去高階量近似得到單橋非線性誤差 對對金屬電阻絲應(yīng)變片金屬電阻絲應(yīng)變片，因靈敏系數(shù)，因靈敏系數(shù) k0 主要由主要由幾何尺寸幾何尺寸引起的，引起的， R 非常小，電橋非線性誤差可以忽略。非常小，電橋非線性誤差可以忽略。 對于對于半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片，靈敏度系數(shù)，靈敏度系數(shù)k0 主要由主要

15、由電阻率變化電阻率變化引起的，引起的， 應(yīng)變時應(yīng)變時R/R 變化變化 很大，非線性誤差不能忽略。很大，非線性誤差不能忽略。例：金屬應(yīng)變片例：金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片6%L0130k 0.001/0.13R R11/ 2LRR /0.01R Rk02k 0.5%L0.005由式由式 可見，非線性誤差與可見，非線性誤差與R1/R1成正比成正比 實際電路中非線性誤差總是存在實際電路中非線性誤差總是存在的，為減小非線性誤差，常采用的，為減小非線性誤差，常采用差動電橋差動電橋。 在試件上安裝兩個工作片，分別在試件上安裝兩個工作片，分別接在電橋的相鄰兩個臂，當(dāng)有作接在電橋的相鄰兩個臂，當(dāng)有作用

16、力用力F F 時一個受拉、一個受壓。時一個受拉、一個受壓。3110112234RRRUERRRRRR 電橋的輸出電壓為電橋的輸出電壓為2uEKq 半橋電路半橋電路電壓輸出和電壓輸出和電壓靈敏度分別電壓靈敏度分別為為半橋電路討論：半橋電路討論： 1. 輸出電壓輸出電壓U0 與與R/R呈線性關(guān)系，無非線性誤差；呈線性關(guān)系，無非線性誤差； 2. 半橋電路（兩工作片）電壓靈敏度半橋電路（兩工作片）電壓靈敏度Ku是單臂電橋的兩倍；是單臂電橋的兩倍； 3. 同時電路具有溫度補償作用。同時電路具有溫度補償作用。02ERUR12RRR F 按等臂電橋：按等臂電橋：1234RRRRR3110112234RRRU

17、ERRRRRRr全橋電路的電壓輸出和電壓全橋電路的電壓輸出和電壓靈敏度分別為靈敏度分別為101RUERuKE 全橋輸出電壓靈敏度是單橋的全橋輸出電壓靈敏度是單橋的4 4倍，倍， 沒有非線性誤差。沒有非線性誤差。將電橋四個橋臂按照將電橋四個橋臂按照對臂同性對臂同性、 鄰臂異性鄰臂異性原則連接四個應(yīng)變片原則連接四個應(yīng)變片 并且有：并且有：R1=R2=R3=R43311011223344RRRRUERRRRRRRR2uEKuKE4uEK0uRUKR 采用阻值采用阻值R=120R=120，靈敏度系數(shù)，靈敏度系數(shù)K=2.0K=2.0的的金屬應(yīng)變片與阻值金屬應(yīng)變片與阻值R=120R=120的固定電阻組的固

18、定電阻組成電橋，供電電壓為成電橋，供電電壓為10V10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)闉?.0010.001時，若要使輸出電壓不小于時，若要使輸出電壓不小于10mv10mv，則可采用何種工作方式，則可采用何種工作方式( (設(shè)輸出阻抗為設(shè)輸出阻抗為無窮大無窮大) )？142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ1234ZZZZ、式中：式中：x 電抗、電抗、r 電阻、電阻、Z 復(fù)數(shù)的模、復(fù)數(shù)的模、 相角相角 用指數(shù)形式代入得到交流電橋平衡條件，需滿足兩個方程式：用指數(shù)形式代入得到交流電橋平衡條件，需滿足兩個方程式： 對臂對臂復(fù)數(shù)的復(fù)數(shù)的模積相等模積相等，相角之和相等相角之和相等。1423|

19、|ZZZZ142314230Z ZZ Z1234/ZZZZjZrjxZ e1234ZZZZ1Z已知已知 忽略分母項忽略分母項交流交流半橋半橋輸出：輸出： 10114ZZUU01=2ZUUZ 交流交流單橋單橋輸出：輸出： 11111RZj RC11211(1)RZj RC其中其中, Z1=R1 / XC143110112143(/) (/)(1/) (1/)ZZZZUUZZZZZZ 交流電橋輸出：交流電橋輸出：1423R RR R2211R CR C11111RZjR C11211(1)RZj RC交流電橋的調(diào)幅作用交流電橋的調(diào)幅作用(以單臂電橋為例以單臂電橋為例)供橋電源電壓為：供橋電源電壓為

20、：=sinsrmuUt零應(yīng)變輸零應(yīng)變輸出出當(dāng)試件受到拉伸產(chǎn)生當(dāng)試件受到拉伸產(chǎn)生靜的正應(yīng)變時靜的正應(yīng)變時，電橋輸出為電橋輸出為輸出波形與電源電壓相同，但幅度為其幅值的輸出波形與電源電壓相同，但幅度為其幅值的14K靜態(tài)正應(yīng)變輸出靜態(tài)正應(yīng)變輸出1=sin4scmuK Ut當(dāng)試件受到擠壓產(chǎn)生當(dāng)試件受到擠壓產(chǎn)生靜的負應(yīng)變時靜的負應(yīng)變時，電橋輸出為電橋輸出為輸出波形仍與電源電壓相同，但幅度降為電源電壓的輸出波形仍與電源電壓相同，但幅度降為電源電壓的倍，與受拉相比波形在相位上相差了倍，與受拉相比波形在相位上相差了180。靜態(tài)負應(yīng)變輸出靜態(tài)負應(yīng)變輸出1=(- )U sin4scmuKt1(- )4K當(dāng)試件受動

21、態(tài)應(yīng)力產(chǎn)生簡諧應(yīng)變當(dāng)試件受動態(tài)應(yīng)力產(chǎn)生簡諧應(yīng)變 時時，輸輸出出正弦應(yīng)變輸出正弦應(yīng)變輸出輸出波形是在載波上，疊加了一個低頻的工作正弦輸出波形是在載波上，疊加了一個低頻的工作正弦波，載波的波幅由常數(shù)波，載波的波幅由常數(shù)U Um m變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?sin4mmKt U 11=sin()sin=(cos( - )t-cos( + )t)48scmmmmuKt UtK U 交流電橋輸出的調(diào)幅波是由振幅相等而頻率分別為交流電橋輸出的調(diào)幅波是由振幅相等而頻率分別為(w-)(w-)和和(w+)(w+)的兩個頻率的疊加的兩個頻率的疊加 實際應(yīng)變的變化頻率多為非正弦的，其中有不可實際應(yīng)變的變化頻率多為非正弦的，其中

22、有不可忽視的高次諧波頻率忽視的高次諧波頻率nn，則此時電橋輸出頻率寬度，則此時電橋輸出頻率寬度為為w wn。 為使電橋調(diào)制后不失真，載波頻率為使電橋調(diào)制后不失真，載波頻率w w應(yīng)比應(yīng)變信號應(yīng)比應(yīng)變信號頻率頻率nn大大1010倍左右。倍左右。結(jié)結(jié) 論論交流電橋電阻應(yīng)變儀組成框圖交流電橋電阻應(yīng)變儀組成框圖電橋：電源電橋：電源4002000Hz4002000Hz放大器：放大倍數(shù)放大器：放大倍數(shù)51051010104 4；振蕩器：載波信號、相敏檢波器的參考電壓；振蕩器：載波信號、相敏檢波器的參考電壓；相敏檢波器：檢波器（解調(diào)）、辨別相位相敏檢波器：檢波器（解調(diào)）、辨別相位應(yīng)變片溫度誤差。應(yīng)變片溫度誤差

23、。F 環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化t 時，電阻絲的電阻會發(fā)生變化。時，電阻絲的電阻會發(fā)生變化。F 因試件隨溫度變化使應(yīng)變片電阻產(chǎn)生附加形變造成的因試件隨溫度變化使應(yīng)變片電阻產(chǎn)生附加形變造成的電阻變化電阻變化F 環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化t 時，電阻絲的電阻變化為：時，電阻絲的電阻變化為：F 因試件隨溫度變化使應(yīng)變片電阻產(chǎn)生附加形變造成的電阻因試件隨溫度變化使應(yīng)變片電阻產(chǎn)生附加形變造成的電阻變化變化例例3.13.1n 有一個電阻為有一個電阻為120120，K=2K=2的應(yīng)變片，粘貼在彈性的應(yīng)變片，粘貼在彈性極限為極限為400MN/ 400MN/ , ,彈性模量為彈性模量為200GN/ 200GN/ 的

24、鋼件上：的鋼件上： 1)1)當(dāng)應(yīng)力等于彈性范圍的當(dāng)應(yīng)力等于彈性范圍的1/101/10時；時； 2)2)如果應(yīng)變片材料為康銅絲如果應(yīng)變片材料為康銅絲(a=20(a=201010- -6 6/C C，膨脹系數(shù)為，膨脹系數(shù)為12121010-6-6m/m/m/m/C C，鋼的膨，鋼的膨脹系數(shù)為脹系數(shù)為14141010-6-6m/m/m/m/C C ），溫度變化），溫度變化2020C C；試分別計算此應(yīng)變片的電阻變化。試分別計算此應(yīng)變片的電阻變化。tgsk g gt t，s s、g g 抵消抵消ttgsttk單臂電橋時單臂電橋時雙臂電橋時雙臂電橋時結(jié)論：差動電橋可以大大的降低溫度的影響結(jié)論：差動電橋可

25、以大大的降低溫度的影響 （1）應(yīng)變儀）應(yīng)變儀F 應(yīng)變儀主要應(yīng)變儀主要特性參數(shù)：特性參數(shù)：測量通道：測量通道：8 8通道通道，可多模塊組合，可多模塊組合測量范圍：測量范圍：3000030000測量精度：測量精度：1.51.5掃描率高于掃描率高于1 1次次/ /秒秒支持多種橋路接入方式：支持多種橋路接入方式：1/41/4橋、橋、半橋、全橋（半橋、全橋（4 4線、線、6 6線）線）應(yīng)變片類型：應(yīng)變片類型：1201201k1k應(yīng)變系數(shù)：應(yīng)變系數(shù)：1.801.802.202.20采樣率可設(shè)置為每通道采樣率可設(shè)置為每通道1010次次/ /秒到秒到幾天采集一次幾天采集一次實時顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)和所設(shè)置的參數(shù)實時顯

26、示當(dāng)前數(shù)據(jù)和所設(shè)置的參數(shù)2 28MByte8MByte非易失性存儲器，用于非易失性存儲器，用于存儲測量數(shù)據(jù)存儲測量數(shù)據(jù). . lFlESE F=100103N量程量程 BLR-1型測拉力、型測拉力、BHR型測荷重傳感器型測荷重傳感器;火箭發(fā)動機實驗臺架都采用空心火箭發(fā)動機實驗臺架都采用空心圓柱結(jié)構(gòu)。圓柱結(jié)構(gòu)。 F=100103N =xFSE=-yx 鄰臂電阻應(yīng)變方向相反，大小相等嗎？鄰臂電阻應(yīng)變方向相反，大小相等嗎？橋臂串聯(lián)或并聯(lián)電阻應(yīng)變片能橋臂串聯(lián)或并聯(lián)電阻應(yīng)變片能否提高靈敏度？否提高靈敏度？電阻電阻R5，R6，R7，R8電阻的作用？電阻的作用？ 例例 3-2 電阻應(yīng)變片的阻值為電阻應(yīng)變片的

27、阻值為120120，靈敏度系數(shù)，靈敏度系數(shù)K=2K=2，沿軸向粘貼，沿軸向粘貼于直徑為于直徑為0.05m0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的圓形鋼柱表面，鋼材的的 ， ，求鋼材受，求鋼材受10t10t拉力作用時，應(yīng)拉力作用時，應(yīng)變片電阻的變化變片電阻的變化 和相對變化和相對變化 。若應(yīng)變片沿鋼。若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時，應(yīng)變片電阻的相對柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時，應(yīng)變片電阻的相對變化量為多少？變化量為多少？112=2 10/EN m=0.3RRR v 等截面梁等截面梁 懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。 當(dāng)外力當(dāng)外力F F

28、 作用在梁的自由端時，固定端產(chǎn)生的應(yīng)變最大，作用在梁的自由端時，固定端產(chǎn)生的應(yīng)變最大， 粘貼在應(yīng)變片處的應(yīng)變?yōu)椋赫迟N在應(yīng)變片處的應(yīng)變?yōu)椋?l等截面等截面梁、梁、 026Flbh Ev 等截面梁等截面梁 26Flbh El 各種形式的應(yīng)變梁應(yīng)用于不同場合各種形式的應(yīng)變梁應(yīng)用于不同場合 各種平行雙孔梁各種平行雙孔梁 電電子子臺臺秤秤 橋式力傳感器橋式力傳感器扭力傳感器扭力傳感器利用單片機可利用單片機可進行數(shù)字處理進行數(shù)字處理殼體殼體機座機座aFR1R2m充滿硅油 Fma2266FLmLaEbhEbh26mLEbh梁確定后為常數(shù)aA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換顯顯示示驅(qū)驅(qū)動動放大放大LED顯示器顯示器數(shù)字電子秤系統(tǒng)

29、框圖數(shù)字電子秤系統(tǒng)框圖整體原理圖整體原理圖電電 源源交流雙69V輸入傳感器電路傳感器電路+5-5OUT調(diào)零電位器放大電路放大電路放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器差分放大級傳感器信號輸入傳感器信號輸入IC1IC2IC3注：運放采用LM324IC1、IC2組成同相并聯(lián)差動放大器，提高輸入阻抗。組成同相并聯(lián)差動放大器，提高輸入阻抗。IC3 組成基本差動放大器組成基本差動放大器ABDCR1R1RGR2R2R3R3 半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片00/12/,12RkkR 靈敏系數(shù)：lleeRR iavN-載流子數(shù)目 , -平均遷移率ERR1iaveN2m N-11 =（40 80）10/0100(1 2 )1 2

30、100EkE 因為50，50應(yīng)變應(yīng)變1121.6710/ENmE 氣壓氣壓 P 高壓腔高壓腔空氣空氣硅膜片硅膜片低壓腔低壓腔硅杯硅杯溫度溫度傳感器傳感器擴散擴散電阻電阻硅硅膜膜片片 MPX壓力傳感器引腳與封裝壓力傳感器引腳與封裝溫度補償溫度補償?shù)谝患壏糯蟮谝患壏糯蟮诙壏糯蟮诙壏糯竽M輸出模擬輸出MPX壓力傳感器引腳壓力傳感器引腳與輸出特性與輸出特性電阻式電阻式傳感器的基本原理，轉(zhuǎn)換電路。了解不同傳感器的基本原理，轉(zhuǎn)換電路。了解不同電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)、性能、靈敏度差別，分別電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)、性能、靈敏度差別，分別使用在哪些場合；如何通過電阻式傳感使用在哪些場合；如何通過電阻式傳感 器測量力

31、、器測量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)；壓力、位移、應(yīng)變、加速度等非電量參數(shù)；金屬箔式應(yīng)變片：直流單臂、半橋、全橋比較；金屬箔式應(yīng)變片：直流單臂、半橋、全橋比較；應(yīng)用測量電路，交流全橋應(yīng)用測量電路，交流全橋, ,相移器、相敏檢波器、相移器、相敏檢波器、電阻應(yīng)變儀，電子秤。電阻應(yīng)變儀，電子秤。 應(yīng)變片應(yīng)變片金屬絲拉長，電阻增加，反之減少。金屬絲拉長，電阻增加，反之減少。 電橋電路電橋電路平衡條件：平衡條件：R R1 1R R4 4=R=R2 2R R3 3； 用途：求未知電阻值，記錄電阻變化率、溫度補償；用途：求未知電阻值，記錄電阻變化率、溫度補償； 歐姆定律、基爾霍夫定律：計算電路電

32、壓、電流。歐姆定律、基爾霍夫定律：計算電路電壓、電流。 應(yīng)變（力傳感器）應(yīng)變（力傳感器）貼在試件上（彈性元件）的應(yīng)變片貼在試件上（彈性元件）的應(yīng)變片 的電阻變化率與應(yīng)變成比例。的電阻變化率與應(yīng)變成比例。 半導(dǎo)體壓力傳感器可獲得比金屬大半導(dǎo)體壓力傳感器可獲得比金屬大100倍以上的電阻變倍以上的電阻變 化?；?。 利用應(yīng)變的傳感器有荷重、壓力、形變、粘度傳感器。利用應(yīng)變的傳感器有荷重、壓力、形變、粘度傳感器。課外作業(yè)課外作業(yè)1 1、什么是金屬應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？金屬應(yīng)變片、什么是金屬應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？金屬應(yīng)變片產(chǎn)品靈敏系數(shù)稱產(chǎn)品靈敏系數(shù)稱“標(biāo)稱靈敏系數(shù)標(biāo)

33、稱靈敏系數(shù)”與金屬絲靈敏系數(shù)有何不同？與金屬絲靈敏系數(shù)有何不同？2 2、應(yīng)變儀主要電路由哪幾個部分組成，請畫出電路原理框圖及各單元電路、應(yīng)變儀主要電路由哪幾個部分組成，請畫出電路原理框圖及各單元電路輸出波形。說明相敏檢波器在傳感器檢測電路中的作用。輸出波形。說明相敏檢波器在傳感器檢測電路中的作用。3 3、已知：一等截面懸臂梁如圖所示，有四個性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片、已知：一等截面懸臂梁如圖所示，有四個性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片, , 將其粘貼在梁式測力彈性元件上，（應(yīng)變靈敏系數(shù)將其粘貼在梁式測力彈性元件上，（應(yīng)變靈敏系數(shù) ）, , 設(shè)力設(shè)力 ，梁厚度，梁厚度 ， 應(yīng)變片距梁端的距離為應(yīng)變片距梁端的距離為 ， 梁的寬度梁的寬度 ，彈性模量，彈性模量 在距梁端處應(yīng)變?yōu)樵诰嗔憾颂帒?yīng)變?yōu)?回答下列問題：回答下列問題： （1 1）在梁式測力彈性