應(yīng)變片及應(yīng)用-第2章

1、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用電阻式傳感器電阻式傳感器 第2章 應(yīng)變式傳感器 電阻式傳感器的類別與特性電阻式傳感器的類別與特性應(yīng)變式電阻傳感器：應(yīng)變式電阻傳感器：基本原理、工作特性和主要應(yīng)用。基本原理、工作特性和主要應(yīng)用。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)變式電阻傳感器應(yīng)變式電阻傳感器 第2章 應(yīng)變式傳感器 應(yīng)變式電阻傳感器作為應(yīng)變式電阻傳感器作為測力的主測力的主要傳感器要傳感器，測力范圍小到肌肉纖維，測力范圍小到肌肉纖維，大到登月火箭，精確度可到大到登月火箭，精確度可到 0.01-0.01-0.1%0.1%。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、彎曲式、剪切式。彎曲式、

2、剪切式。 應(yīng)變式傳感器特征：應(yīng)變式傳感器特征： 材料類型：金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片材料類型：金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片 應(yīng)用范圍：應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度應(yīng)用范圍：應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度主要優(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、體積小傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用電阻應(yīng)變片的發(fā)展歷史電阻應(yīng)變片的發(fā)展歷史 第2章 應(yīng)變式傳感器 1856年，年，W. Thomoson發(fā)現(xiàn)金發(fā)現(xiàn)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)，并用惠斯通電屬絲的應(yīng)變效應(yīng)，并用惠斯通電橋精確測量電阻的變化橋精確測量電阻的變化 。1938年，年，E. Simmons和和A. Ruge制成紙基絲繞式

3、應(yīng)變片。制成紙基絲繞式應(yīng)變片。1953年，年，P. Jackson用光刻技術(shù)用光刻技術(shù)制成箔式應(yīng)變片。制成箔式應(yīng)變片。1954年，年，C. Smith發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。體材料的壓阻效應(yīng)。 1957年，年，W. Mason研制出半研制出半導(dǎo)體應(yīng)變片。導(dǎo)體應(yīng)變片。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第2章 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第2章

4、 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的核心元應(yīng)變式傳感器的核心元件：件：電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片，試件上的，試件上的應(yīng)力變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。應(yīng)力變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。 應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng): :導(dǎo)體或半導(dǎo)體在導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外界力的作用時，產(chǎn)生機(jī)械受到外界力的作用時，產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形導(dǎo)致其阻值變化，變形，機(jī)械變形導(dǎo)致其阻值變化，這種因形變而使阻值發(fā)

5、生變化的這種因形變而使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)?，F(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。 應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)對于一長為對于一長為L L、橫截面積為、橫截面積為A A、電阻率為電阻率為的金屬絲，其電阻值的金屬絲，其電阻值R R為為 / ALR如果對電阻絲長度作用均勻如果對電阻絲長度作用均勻應(yīng)力，則應(yīng)力，則、L L、A A的變化的變化(d(d、dLdL、dA)dA)將引起電阻將引起電阻R R變化變化dRdR。通。通過對上式的全微分可得過對上式的全微分可得dRdR為為dAALdALdLAdR2金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)ll+ dl2r2(r-dr)

6、FF傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用若電阻絲是圓形的，則若電阻絲是圓形的，則A=r A=r , ,對對r r 微分得微分得dA=2r drdA=2r dr，則，則 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理在彈性范圍內(nèi)金屬絲受拉力在彈性范圍內(nèi)金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，則軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系為則軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系為y=-x為金屬材料的泊松系數(shù)。為金屬材料的泊松系數(shù)。定義：定義：K KS S為金屬絲的靈敏系為金屬絲的靈敏系數(shù)，表示單位應(yīng)變所引起的電阻數(shù)，表示單位應(yīng)變所引起的電阻的相對變化，則有的相對變化，則有金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)ll+ dl2r2(

7、r-dr)FF 222rdrrrdrAdA金屬的徑向應(yīng)變金屬的軸向應(yīng)變令yxrdrLdL/ / xxSdRdRK/)21 (/一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理根據(jù)應(yīng)力根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變和應(yīng)變的關(guān)系的關(guān)系: 應(yīng)力應(yīng)力=E， 應(yīng)變應(yīng)變dR，dR。金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)ll+ dl2r2(r-dr)FFxxSdRdRK/)21 (/一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)確定的確定的金屬金屬材料，材料，(1+2)項項是常數(shù)，其數(shù)值約在是常數(shù)，其數(shù)值約在12之間，之間，實驗證明實驗證明d/x 也是常數(shù)。也是常數(shù)。 / xSxSRdRKK

8、RdR，金屬的電阻相對變化與應(yīng)金屬的電阻相對變化與應(yīng)變成正比關(guān)系。變成正比關(guān)系。通過彈性元件，可將應(yīng)力轉(zhuǎn)通過彈性元件，可將應(yīng)力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，這是換為應(yīng)變，這是應(yīng)變式傳感器測應(yīng)變式傳感器測量應(yīng)力的基本原理量應(yīng)力的基本原理。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理應(yīng)變是量綱為應(yīng)變是量綱為1的數(shù)。通的數(shù)。通常應(yīng)變很小，常用常應(yīng)變很小，常用10-6來表示。來表示。例如，當(dāng)應(yīng)變?yōu)槔?，?dāng)應(yīng)變?yōu)?.000001時，時，在工程中常表示為在工程中常表示為110-6或或m/m。在應(yīng)變測量中，也常。在應(yīng)變測量中，也常稱為稱為微應(yīng)變微應(yīng)變。金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)ll+ dl2r2(r-d

9、r)FFxSdK/)21 (一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)金屬材料：金屬材料：靈敏度系數(shù)表達(dá)式中靈敏度系數(shù)表達(dá)式中1+2的值的值要比要比(d/)/x大得多。大得多。靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)KS受兩個因素影響：受兩個因素影響：（1）應(yīng)變片受力后材料幾何）應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化，尺寸的變化， 即即1+2；（2）應(yīng)變片受力后材料的電）應(yīng)變片受力后材料的電阻率的變化，即阻率的變化，即（d/）/ x 。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)一、金屬的應(yīng)變效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用半導(dǎo)體應(yīng)變片又稱為壓阻式傳半導(dǎo)體應(yīng)變片又稱為壓阻式傳感器。感器?；诎?/p>

10、導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。制成的一種純電阻性元件。2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理壓阻效應(yīng)：壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 半導(dǎo)體材料敏感條電阻半導(dǎo)體材料敏感條電阻率的相對變化值與其在軸向率的相對變化值與其在軸向所受的應(yīng)力之比為一常數(shù)。所受的應(yīng)力之比為一常數(shù)。即即二、半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)二、半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體材料受軸向力作用時，當(dāng)半導(dǎo)體材料受軸向力作用時，電阻相對變化為電阻相對變化為dRdRx)21（xllEdxlERdR)21 （l半導(dǎo)體材料的壓阻系半導(dǎo)體材料的壓阻系

11、數(shù)。式中數(shù)。式中1+2項隨幾何形狀項隨幾何形狀而變化，而變化，lE項為壓阻效應(yīng)，項為壓阻效應(yīng)，隨電阻率而變化。隨電阻率而變化。幾何形狀幾何形狀壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用實驗證明實驗證明lE比比1+2大近百倍，大近百倍，所以所以1+2可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)：變片的靈敏系數(shù)： 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式的高金屬絲式的高50508080倍，但半導(dǎo)倍，但半導(dǎo)體材料的溫度系數(shù)大，應(yīng)變時非體材料的溫度系數(shù)大，應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重，使應(yīng)用范圍受到線性比較嚴(yán)重，使應(yīng)用范圍受到一定的限制。一定的限

12、制。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點：半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點：體積小，靈敏度高，頻率體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)范圍寬，輸出幅值大，不響應(yīng)范圍寬，輸出幅值大，不需要放大器，可直接與記錄儀需要放大器，可直接與記錄儀連接，使測量系統(tǒng)簡單。連接，使測量系統(tǒng)簡單。二、半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)二、半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)ERdRKlxB/傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第三章 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感

13、器原理及應(yīng)用基片基片覆蓋層覆蓋層金屬絲金屬絲引線引線2.2 電阻應(yīng)變片的種類一、金屬電阻應(yīng)變片一、金屬電阻應(yīng)變片傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片2.2 電阻應(yīng)變片的種類一、金屬應(yīng)變片一、金屬應(yīng)變片 2 2、金屬箔式應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用常用金屬薄膜應(yīng)變片常用金屬薄膜應(yīng)變片2.2 電阻應(yīng)變片的種類一、金屬應(yīng)變片一、金屬應(yīng)變片 3 3、金屬薄膜應(yīng)變片、金屬薄膜應(yīng)變片傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.2 電阻應(yīng)變片的種類金屬應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用1 1、體型半導(dǎo)體應(yīng)變片、體型半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半

14、導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)2.2 電阻應(yīng)變片的種類二、半導(dǎo)體應(yīng)變片二、半導(dǎo)體應(yīng)變片傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.2 電阻應(yīng)變片的種類二、半導(dǎo)體應(yīng)變片二、半導(dǎo)體應(yīng)變片 2 2、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片、薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片引線引線絕緣層絕緣層金屬箔基底金屬箔基底半導(dǎo)體薄膜半導(dǎo)體薄膜薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.2 電阻應(yīng)變片的種類二、半導(dǎo)體應(yīng)變片二、半導(dǎo)體應(yīng)變片 3 3、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片、擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)引線引線SiO2絕緣層絕緣層N型硅型硅呂電極呂電極P型硅擴(kuò)散層型硅擴(kuò)散層傳感器

15、原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第三章 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值

16、、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用變形：變形： 物體在外力作用下而改變原物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn)象。來尺寸或形狀的現(xiàn)象。彈性變形：彈性變形： 當(dāng)外力去掉后物體又能完全當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀?；謴?fù)其原來的尺寸和形狀。彈性元件：彈性元件： 具有彈性變形特性的物體。具有彈性變形特性的物體。 2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性在

17、應(yīng)變片測量技術(shù)中有在應(yīng)變片測量技術(shù)中有極其重要地位。極其重要地位。 傳遞給粘貼在彈性元件上傳遞給粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片的應(yīng)變片力、力矩或壓力變換成相力、力矩或壓力變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移應(yīng)的應(yīng)變或位移力、力矩或壓力通過應(yīng)變力、力矩或壓力通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻值片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻值傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用定義：定義： 彈性元件單位變形下所需要彈性元件單位變形下所需要的力，用的力，用C C表示。剛度是彈性元表示。剛度是彈性元件受外力作用下變形大小的量度，件受外力作用下變形大小的量度，數(shù)學(xué)表達(dá)式為數(shù)學(xué)表達(dá)式為2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性

18、 1 1、剛度、剛度F作用在彈性元件上的外力，作用在彈性元件上的外力，單位為牛頓（單位為牛頓（N）；）； x彈性元件所產(chǎn)生的變形，單彈性元件所產(chǎn)生的變形，單位為毫米（位為毫米（mm）。）。 彈性特性曲線彈性特性曲線 從彈性特性曲線上可求剛度。從彈性特性曲線上可求剛度。曲線曲線1 1上上A A點的剛度，過點的剛度，過A A點作切線，點作切線，與水平夾角的正切就為與水平夾角的正切就為A A點處的剛點處的剛度，即度，即tan=dF/dxtan=dF/dx。曲線性是線性的，則剛度是曲線性是線性的，則剛度是一個常數(shù)，即一個常數(shù)，即tan=F/x=tan=F/x=常數(shù)。常數(shù)。dxdFxFC lim傳感器原

19、理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用定義：定義： 通常用剛度的倒數(shù)來表示彈通常用剛度的倒數(shù)來表示彈性元件的特性，稱為彈性元件的性元件的特性，稱為彈性元件的靈敏度，一般用靈敏度，一般用S S表示，數(shù)學(xué)表表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式為達(dá)式為 2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性 2 2、靈敏度、靈敏度靈敏度：單位力作用下彈性靈敏度：單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小。元件產(chǎn)生變形的大小。靈敏度大，表明彈性元件軟，靈敏度大，表明彈性元件軟，變形大。變形大。彈性特性曲線彈性特性曲線 與剛度相似，如果彈性特性與剛度相似，如果彈性特性是線性的，則靈敏度為一常數(shù)，是線性的，則靈敏度為一常

20、數(shù)，若彈性特性是非線性的，則靈敏若彈性特性是非線性的，則靈敏度為一變數(shù)，即表示此彈性元件度為一變數(shù)，即表示此彈性元件在彈性變形范圍內(nèi)，各處由單位在彈性變形范圍內(nèi)，各處由單位力產(chǎn)生的變形大小是不同的。力產(chǎn)生的變形大小是不同的。 dFdxCS1傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值

21、、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)變片敏感材料應(yīng)變片敏感材料金屬或半導(dǎo)體金屬或半導(dǎo)體的電阻相對變化與應(yīng)變之間具有線性的電阻相對變化與應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈敏度系數(shù)關(guān)系，用靈敏度系數(shù)KS表示：表示： KRRRRK 定義：定義：K應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)但材料做成應(yīng)變片后的電阻但材料做成應(yīng)變片后的電阻應(yīng)應(yīng)變特性與變特性與敏感材料敏感材料本身的不同本身的

22、不同。xxSdRdRK/)21 (/實驗表明，實驗表明，應(yīng)變片的電阻相對變應(yīng)變片的電阻相對變化與應(yīng)變化與應(yīng)變在很寬的范圍內(nèi)均為線性在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系：關(guān)系：靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K表示安裝在表示安裝在被測試件上的應(yīng)變片在其被測試件上的應(yīng)變片在其軸向受到單向應(yīng)力時，引軸向受到單向應(yīng)力時，引起的電阻相對變化與其單起的電阻相對變化與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變之比。向應(yīng)變之比。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用測量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈測量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般小于敏感材料的靈敏敏系數(shù)一般小于敏感材料的靈敏度系數(shù)。度系數(shù)。RRK 2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性二、電阻應(yīng)

23、變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)主要影響因素：主要影響因素：敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能，特別是橫向粘結(jié)劑和基底性能，特別是橫向效應(yīng)。效應(yīng)。被測體應(yīng)變片應(yīng)變片標(biāo)稱靈敏系數(shù)：標(biāo)稱靈敏系數(shù)：靈敏系數(shù)值通常采用從批量靈敏系數(shù)值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下，生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下，通過實測來確定，應(yīng)變片的靈敏通過實測來確定，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)稱為系數(shù)稱為標(biāo)稱靈敏系數(shù)標(biāo)稱靈敏系數(shù)。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測量的精度。到應(yīng)變測量的精度。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基

24、本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)變片敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時，構(gòu)件應(yīng)變片敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時，構(gòu)件的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生

25、變化，而其橫向應(yīng)變也使敏感柵半的軸向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，而其橫向應(yīng)變也使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化。圓弧部分的電阻發(fā)生變化。 應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為電阻變化的現(xiàn)象稱為。2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂

26、及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用機(jī)械滯后產(chǎn)生原因：機(jī)械滯后產(chǎn)生原因：（1 1）應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)）應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；發(fā)生少量不可逆變化；（2 2）在制造或粘貼應(yīng)變片）在制造或粘貼應(yīng)變片時，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃螘r，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不

27、充分等。或粘結(jié)劑固化不充分等。 1 1、機(jī)械滯后、機(jī)械滯后 應(yīng)變片粘貼在被測試件上，應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與卸當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機(jī)械滯后。載特性不重合，即為機(jī)械滯后。2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變1機(jī)械應(yīng)變機(jī)械應(yīng)變R卸載卸載加載加載指指示示應(yīng)應(yīng)變變i還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的應(yīng)變愈大，量有關(guān)，加載時的應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也愈大。通常在卸載時的滯后也愈大。通常在實驗之前預(yù)先加、卸載若干次，實驗之前預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后誤差。

28、以減少因機(jī)械滯后誤差。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 2 2、零點漂移、零點漂移 對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時，其電阻值對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的。零點漂移產(chǎn)生的原因零點漂移產(chǎn)生的原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等?；怀浞值取?3 3、蠕變、蠕變 在一定溫度下應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時，電阻值隨時間增加在一定溫度下應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時，電阻值隨時間增加而變化的特性稱為而變化

29、的特性稱為。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。膠層之間發(fā)生膠層之間發(fā)生“滑動滑動”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變

30、片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用應(yīng)變極限：應(yīng)變極限：在一定溫度下，應(yīng)變片在一定溫度下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變對測試值的真實應(yīng)的指示應(yīng)變對測試值的真實應(yīng)變的相對誤差不超過規(guī)定范圍變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為（一般為10%10%）時的）時的最大真實最大真實應(yīng)變值應(yīng)變值。真實應(yīng)變真實應(yīng)變j指示應(yīng)變指示應(yīng)變i100%90%2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限真實

31、應(yīng)變：真實應(yīng)變：因工作溫度變化或承受因工作溫度變化或承受機(jī)械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力時所引起的表面應(yīng)變。應(yīng)力時所引起的表面應(yīng)變。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、

32、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1、電阻值、電阻值 應(yīng)變片的電阻值是指應(yīng)變片沒有粘貼且未受應(yīng)變時，在室溫應(yīng)變片的電阻值是指應(yīng)變片沒有粘貼且未受應(yīng)變時，在室溫下測定的電阻值，即下測定的電阻值，即初始電阻值初始電阻值。 金屬電阻應(yīng)變片的電阻值已標(biāo)準(zhǔn)化，有一定的系列，如金屬電阻應(yīng)變片的電阻值已標(biāo)準(zhǔn)化，有一定的系列，如60、120、250、350和和1000，其中以，其中以120最為常用。最為常用。 2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流 2、絕緣

33、電阻、絕緣電阻 應(yīng)變片絕緣電阻應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測件之間的電引線與被測件之間的電阻值阻值Rm。通常要求。通常要求Rm在在50100 M以上。以上。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流 2、絕緣電阻、絕緣電阻 絕緣電阻下降使測量系統(tǒng)的靈敏度降低。絕緣電阻下降使測量系統(tǒng)的靈敏度降低。Rm取決于粘結(jié)劑及取決于粘結(jié)劑及基底材料的種類及固化工藝。在常溫使用條件下要采取必要的防潮基底材料的種類及固化工藝。在常溫使用條件下要采取必要的防潮措施；在中溫

34、或高溫條件下要選取絕緣性好的粘結(jié)劑和基底材料。措施；在中溫或高溫條件下要選取絕緣性好的粘結(jié)劑和基底材料。 3、最大工作電流、最大工作電流 應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流應(yīng)變片允許通過敏感柵而不影響其工作特性的最大電流Imax。工作電流大，輸出信號大，靈敏度高。但工作電流過大會使應(yīng)變片工作電流大，輸出信號大，靈敏度高。但工作電流過大會使應(yīng)變片過熱，靈敏系數(shù)產(chǎn)生變化，零漂及蠕變增加，甚至燒毀應(yīng)變片。過熱，靈敏系數(shù)產(chǎn)生變化，零漂及蠕變增加，甚至燒毀應(yīng)變片。 工作電流的選取要根據(jù)試件的導(dǎo)熱性能及敏感柵形狀和尺寸來工作電流的選取要根據(jù)試件的導(dǎo)熱性能及敏感柵形狀和尺寸來決定。通常靜態(tài)測量

35、時取決定。通常靜態(tài)測量時取25mA左右；動態(tài)測量時可取左右；動態(tài)測量時可取75100mA。測量材料散熱好，可取大一些；導(dǎo)熱性差，可取小一些。測量材料散熱好，可取大一些；導(dǎo)熱性差，可取小一些。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動

36、態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性 1 1、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性 設(shè)一頻率為設(shè)一頻率為f 的正弦應(yīng)變波在的正弦應(yīng)變波在構(gòu)件中以速度構(gòu)件中以速度v 沿應(yīng)變片柵長沿應(yīng)變片柵長l0方向方向傳播，應(yīng)變片中點、兩端點的坐標(biāo)傳播，應(yīng)變片中點、兩端點的坐標(biāo)是是xt 、x1和和x2 。在某一瞬時。在某一瞬時t，應(yīng)變，應(yīng)變量沿構(gòu)件分布為量沿構(gòu)件分布為2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性 xtx2sinsin00 xttttx2sin0應(yīng)變片中點

37、的應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變片中點的應(yīng)變?yōu)閭鞲衅髟砑皯?yīng)用傳感器原理及應(yīng)用七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性 1 1、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性xtt00000sin2sin2sin12020llxxdxltxxmltlt sin1lltmt傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用相對誤差相對誤差的大小只決定于的大小只決定于l0/ /的比值，的比值，l0/ /為為1/101/10和和1/201/20時時的數(shù)值為的數(shù)值為應(yīng)變片柵長與正弦應(yīng)變波的波應(yīng)變片柵長與正弦應(yīng)變波的波長之比愈小，相對誤差長之比愈小，相對誤差愈小。愈小。l0/ 給定給定級數(shù)展開計算出應(yīng)變級

38、數(shù)展開計算出應(yīng)變片可測動態(tài)應(yīng)變的最高頻率。片可測動態(tài)應(yīng)變的最高頻率。 sin1ll七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性 1 1、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性、正弦應(yīng)變信號的響應(yīng)特性2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性20200)(61)(61|1vflll ，|6maxl|60maxlvf最高頻率：最高頻率：最大柵長：最大柵長：傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性 2 2、階躍應(yīng)變信號的響應(yīng)特性、階躍應(yīng)變信號的響應(yīng)特性2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性vltk08 . 0上升時間上升時間tk（應(yīng)變輸出從（應(yīng)變輸出從10%上升到上升到90%的最大值所需時間）可

39、表示為的最大值所需時間）可表示為 階躍應(yīng)變：階躍應(yīng)變：理論響應(yīng)：理論響應(yīng)：實際響應(yīng)：實際響應(yīng)：若取若取l0=20mm，v=5000m/s，則則tk=2.210-6 s。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片

40、的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 用作測量的應(yīng)變片，希望用作測量的應(yīng)變片，希望阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實際上應(yīng)變片它因素的影響。實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度的阻值受環(huán)境溫度( (包括被測包括被測試件的溫度試件的溫度) )影響很大。影響很大。 環(huán)境溫度變化引起的電阻環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，產(chǎn)變化幾乎有相同的數(shù)量級，產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的片的，又稱又稱。因環(huán)境溫度

41、改變而引起電阻變因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：化的兩個主要因素：（1 1）應(yīng)變片的敏感柵具有一定）應(yīng)變片的敏感柵具有一定溫度系數(shù)；溫度系數(shù)；（2 2）應(yīng)變片材料與測試材料的）應(yīng)變片材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。線膨脹系數(shù)不同。 設(shè)環(huán)境溫度變化為設(shè)環(huán)境溫度變化為t（）時，）時，應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為為t，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對變，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對變化為化為tRRt 1八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用敏感柵材料和被測構(gòu)件材料兩者線敏感柵材料和被測構(gòu)件材料兩者線膨

42、脹系數(shù)不同，當(dāng)膨脹系數(shù)不同，當(dāng)t存在時引起應(yīng)變片存在時引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，相應(yīng)的電阻相對變化為的附加應(yīng)變，相應(yīng)的電阻相對變化為K應(yīng)變片靈敏系數(shù)應(yīng)變片靈敏系數(shù); e試件材料線膨脹系試件材料線膨脹系數(shù)；數(shù)；g敏感柵材料線膨脹系數(shù)。敏感柵材料線膨脹系數(shù)。tKRRge 2八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性溫度變化溫度變化t形成的總電阻相對變化形成的總電阻相對變化tKtRRRRRRgett21ttKKRRgettt 相應(yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)橄鄳?yīng)的虛假應(yīng)變?yōu)橐虼?，?yīng)變片熱輸出因此，應(yīng)變片熱輸出的大小不僅與應(yīng)變片敏感的大小不僅與應(yīng)變片敏感柵材料的性能參數(shù)柵材料的性能參數(shù)(

43、K、t,、g)有關(guān)，而且與被測試有關(guān)，而且與被測試件材料的線膨脹系數(shù)件材料的線膨脹系數(shù)(e)有有關(guān)。關(guān)。傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、彈性敏感元件的基本特性一、彈性敏感元件的基本特性二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變四、電阻應(yīng)變片的機(jī)械滯后、零漂及蠕變五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限五、電阻應(yīng)變片的應(yīng)變極限六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大六、電阻應(yīng)變片的電阻值、絕緣電阻和最大工作電流工作電流七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性七、電阻應(yīng)變片的動態(tài)特性八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差八、電阻應(yīng)變片的溫度誤差2.3

44、電阻應(yīng)變片的主要特性傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用英國曼徹斯特大學(xué)的英國曼徹斯特大學(xué)的兩位物理學(xué)家在石墨烯材料兩位物理學(xué)家在石墨烯材料方面的卓越研究。方面的卓越研究。海姆現(xiàn)年海姆現(xiàn)年5151歲，擁有歲，擁有荷蘭國籍，諾沃肖洛夫則年荷蘭國籍，諾沃肖洛夫則年僅僅3636歲，擁有英國和俄羅斯歲，擁有英國和俄羅斯雙重國籍，兩人都出生和長雙重國籍，兩人都出生和長大在俄羅斯。大在俄羅斯。評審委員會認(rèn)為，評審委員會認(rèn)為，“研究二維材料石墨烯的開創(chuàng)研究二維材料石墨烯的開創(chuàng)性實驗性實驗”，“有望幫助物理有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域?qū)W家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破取得新突破”。安德烈安德烈海姆海姆康斯

45、坦丁康斯坦丁諾沃肖洛夫諾沃肖洛夫Graphene（石墨烯）（石墨烯） Buckyballs（巴基球）（巴基球）The Nobel Prize in Physics 2010 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第三章 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路2.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用0,IRL32,41ZZZZ43,21ZZZZ2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路4321ZZZZ傳感器原理及應(yīng)用傳感

46、器原理及應(yīng)用一、直流電橋一、直流電橋 1 1、平衡條件、平衡條件 4332110RRRRRREU2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 ERRRRRRRRRRU)1)(1 (34121134110 433211110RRRRRRRREU傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、直流電橋一、直流電橋 2 2、電壓靈敏度、電壓靈敏度2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 01120U1RRnnEU21101nnERRUKUEKU41max傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用（1）非線性誤差）非線性誤差實際的非線性特性曲線與理實際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差。想的線性特性曲線的偏差。絕對非線性誤差絕對非線性誤差L與

47、理想的與理想的線性特性曲線的比。線性特性曲線的比。實際輸出實際輸出電壓電壓U0與與R1/R1的關(guān)系是非線的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為性的，非線性誤差為 100000UUUUUL一、直流電橋一、直流電橋 3 3、非線性誤差及補償方法、非線性誤差及補償方法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 1111212RRRRL1)1)(1()()1()()(1)(341211343412111134RRRRERRRRRRRRRRERRRRL若四等臂電橋，即若四等臂電橋，即R1=R2=R3=R4則非線性誤差為則非線性誤差為非線性誤差不能滿足測量要求時要消除。非線性誤差不能滿足測量要求時要消除。傳感器原理及應(yīng)用傳感器

48、原理及應(yīng)用1211111RRRRRRL一、直流電橋一、直流電橋 3 3、非線性誤差及補償方法、非線性誤差及補償方法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、直流電橋一、直流電橋 3 3、非線性誤差及補償方法、非線性誤差及補償方法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 4332211110RRRRRRRRREU 21110RREU432121RRRRRR溫度補溫度補償作用償作用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用110RREU 一、直流電橋一、直流電橋3 3、非線性誤差及補償方法、非線性誤差及補償方法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 溫度補溫度補償作用償作用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用

49、43213241433211ZZZZZZZZZZZZZZUUSRSC ZZ 43213241ZZZZZZ或二、交流電橋二、交流電橋 1 1、交流電橋平衡條件、交流電橋平衡條件 2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用1141ZZUUSRSC1121ZZUUSRSC11ZZUUSRSC二、交流電橋二、交流電橋 2 2、交流電橋的不平衡狀態(tài)、交流電橋的不平衡狀態(tài) 2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用二、交流電橋二、交流電橋 3 3、交流電橋的調(diào)平方法、交流電橋的調(diào)平方法 2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用I = I + I

50、三、恒流源電橋三、恒流源電橋 1 1、電橋輸出電壓與電阻變化量的關(guān)系、電橋輸出電壓與電阻變化量的關(guān)系2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 IRRRRRRIIRRRRRRI43212124321431；IRRRRRRRRRIRIU4321324132110傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用RRRIIRRRRU41141400041URIU三、恒流源電橋三、恒流源電橋 1 1、電橋輸出電壓與電阻變化量的關(guān)系、電橋輸出電壓與電阻變化量的關(guān)系2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 44144100RRRRRRRRRUUI 22112112111RRRRRRRRE三、恒流源電橋三、恒流源電

51、橋 2 2、電橋輸出電壓的非線性誤差、電橋輸出電壓的非線性誤差2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用四、調(diào)零電橋電路四、調(diào)零電橋電路2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用電阻應(yīng)變片的溫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)變片自補償應(yīng)變片自補償兩大類。兩大類。 五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償當(dāng)被測試件線膨脹系數(shù)當(dāng)被測試件線膨脹系數(shù)g已知時，已知時，合理選擇敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)合理選擇敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)t、靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K以

52、及線膨脹系數(shù)以及線膨脹系數(shù)e，可在溫，可在溫度變化時均有度變化時均有Rt/R0=0，從而達(dá)到溫度，從而達(dá)到溫度自補償?shù)哪康?。自補償?shù)哪康?。自補償應(yīng)變片優(yōu)點：自補償應(yīng)變片優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造和使結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便，但必須在用都比較方便，但必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自補償?shù)哪康?。達(dá)到溫度自補償?shù)哪康摹?(0)(getgetKKtKtRRRRRRgett21 1 1、單絲自補償應(yīng)變片、單絲自補償應(yīng)變片若使應(yīng)變片在溫度變化若使應(yīng)變片在溫度變化t時的熱輸時的熱輸出值為零，必須使出值為零，必須使2.4 電阻應(yīng)變片的測量

53、電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用(Ra) t= (Rb) t焊點焊點RaRb2 2、雙絲組合式自補償應(yīng)變片、雙絲組合式自補償應(yīng)變片這種應(yīng)變片的自補償條件要這種應(yīng)變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反，即量大小相等，符號相反，即五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)

54、變片，一片貼在被測試件的表面測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件的表面, ,稱為稱為工作應(yīng)變片工作應(yīng)變片R1 ；一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，；一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，稱為稱為補償應(yīng)變片補償應(yīng)變片R2。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，補償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償3 3、電路補償法、電路補償法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時，R1與與R2接入

55、接入電橋相鄰臂上，電橋相鄰臂上，R1和和R2處于同一溫度場，調(diào)整處于同一溫度場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即032410RRRRAU當(dāng)溫度升高或降低當(dāng)溫度升高或降低t時時，選擇，選擇R1=R2=R及及R3=R4=r，若，若R1t=R2t，即兩個應(yīng)變片的熱，即兩個應(yīng)變片的熱輸出相等，則電橋的輸出電壓為輸出相等，則電橋的輸出電壓為0213224110ttttRRArRRRRRRAU五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償3 3、電路補償法、電路補償法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳

56、感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用當(dāng)被測試件受應(yīng)變作用時當(dāng)被測試件受應(yīng)變作用時，工作片，工作片R1感感受應(yīng)變，阻值變化受應(yīng)變，阻值變化R1；而補償片；而補償片R2不承受應(yīng)不承受應(yīng)變，阻值不變。這時電橋輸出電壓為變，阻值不變。這時電橋輸出電壓為ArRKRArRRRRRRRAUtt132241110 電橋輸出電壓電橋輸出電壓U0 ， 只與應(yīng)變只與應(yīng)變有關(guān)，與有關(guān)，與溫度無關(guān)。溫度無關(guān)。優(yōu)點：優(yōu)點：簡單易行，可在較大溫度范圍內(nèi)補償。簡單易行，可在較大溫度范圍內(nèi)補償。缺點：缺點：條件不易滿足；尤其在溫度場梯度大的測試條件下很難條件不易滿足；尤其在溫度場梯度大的測試條件下很難處于相同溫度點。處于相同溫度點。

57、五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償3 3、電路補償法、電路補償法2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用根據(jù)被測試件承受應(yīng)變的情況，有時也根據(jù)被測試件承受應(yīng)變的情況，有時也可不另加專門的補償塊，補償片直接貼在被可不另加專門的補償塊，補償片直接貼在被測試件上。測試件上。這樣既能起到溫度補償作用，又這樣既能起到溫度補償作用，又能提高輸出的靈敏度。能提高輸出的靈敏度。 3 3、電路補償法、電路補償法梁受彎曲應(yīng)變時，應(yīng)變片梁受彎曲應(yīng)變時，應(yīng)變片R1和和R2的變形的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變

58、絕對方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對值相等，符號相反，可使輸出電壓增加一倍。值相等，符號相反，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時，兩應(yīng)變片阻值變化的符號相當(dāng)溫度變化時，兩應(yīng)變片阻值變化的符號相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補償?shù)哪康摹數(shù)哪康?。?gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力時，工構(gòu)件受單向應(yīng)力時，工作片作片R2的軸線順著應(yīng)變的軸線順著應(yīng)變方向，補償片方向，補償片R1的軸線的軸線和應(yīng)變方向垂直。和應(yīng)變方向垂直。五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 物理科學(xué)與技

59、術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王殿生王殿生 制作制作傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用熱敏電阻熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，負(fù)溫度系數(shù)熱敏度升高而下降時，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電的阻值下降，使電橋的輸入電壓增加，從而提高了電橋的輸出電壓增加，從而提高了電橋的輸出電壓。壓。選擇分流電阻選擇分流電阻R的值，可使應(yīng)的值，可使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。得到很好的補償。4 4、熱敏電阻補償法、熱敏電阻補償法五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償五、電阻應(yīng)變片的溫度誤差補償2.4 電阻應(yīng)變片的測量電路 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第三章 應(yīng)變式傳感器 2.1 電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理2.2 電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片的種類2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性2.4