傳感器原理與應(yīng)用-CH3-電阻式傳感器課件

1、補(bǔ)充：彈性敏感元件3.1&3.4 電阻應(yīng)變片3.2 電阻應(yīng)變片測(cè)量電路3.3 電阻式傳感器的應(yīng)用 3 電阻式傳感器概述 各種電子秤廣泛應(yīng)用于概述 高 精 度 電 子 汽 車 衡 動(dòng)態(tài)電子秤電子天平電阻應(yīng)變式傳感器：以電阻應(yīng)變片為轉(zhuǎn)換元件?？蓽y(cè)量：力、壓力、位移、力矩、重量、溫度、角速度等補(bǔ)充：彈性敏感元件3.1&3.4 電阻應(yīng)變片3.2 電阻應(yīng)變片測(cè)量電路3.3 電阻式傳感器的應(yīng)用 3 電阻式傳感器一、概念二、彈性敏感元件的特性三、對(duì)彈性敏感元件材料的要求四、常用的彈性敏感元件材料五、彈性敏感元件的分類六、變換力的彈性敏感元件七、變換壓力的彈性敏感元件補(bǔ)充：彈性敏感元件一、概念變形:物體因外力

2、作用改變?cè)瓉淼某叽?、形狀?彈性形變:外力去掉后完全恢復(fù)原來的尺寸、形狀的變形。彈性元件:具有彈性變形特點(diǎn)的元件。 當(dāng)彈性敏感元件受拉(壓)力時(shí)，元件除了產(chǎn)生變形外，其內(nèi)部橫截面之間還存在相互的作用力，此力稱為內(nèi)力(N),單位:牛頓。在材料彈性范圍內(nèi)，為常數(shù)，稱為彈性模量，記為E，有:拉壓虎克定律為 或 2靈敏度彈性敏感元件在單位力作用下產(chǎn)生變形的大小,又稱為彈性元件的柔度,是剛度的倒數(shù)，用S表示. 4彈性后效 彈性后效:當(dāng)載荷從某一數(shù)值變化到另一數(shù)值時(shí)，彈性變形不是立即完成相應(yīng)的變形，而是經(jīng)一定的時(shí)間間隔逐漸完成變形的現(xiàn)象. 當(dāng)作用在彈性敏感元件上的力由零增加至F0時(shí)，彈性敏感元件的變形首先

3、由零迅速增加至Xl，然后在載荷未改變的情況下繼續(xù)變形到Xo為止。 力由F0減至零，彈性敏感元件的變形也是先由X0而減至X2,然后繼續(xù)減小變形，到變形等于零為止。 彈性后效現(xiàn)象的存在將引起測(cè)量誤差。 原因： 彈性敏感元件中的分子間存在內(nèi)磨擦。 5固有振動(dòng)頻率 固有振動(dòng)頻率fo，影響傳感器的動(dòng)態(tài)特性。 工作頻率應(yīng)避開彈性敏感元件的固有振動(dòng)頻率，希望fo較高。三、對(duì)彈性敏感元件材料的要求(1)彈性滯后和彈性后效要??；(2)彈性模量的溫度系數(shù)要?。?3)膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定：(4)有良好的機(jī)械加工和熱處理性能：(5)要求耐腐蝕，有良好的導(dǎo)電性或高的 絕緣性。 五、彈性敏感元件的分類 輸入到彈性敏感元件上

4、的信號(hào)通常為力(力矩)或壓力， 輸出是位移(撓度)或應(yīng)變， 按變換形式分有 “力應(yīng)變”、“力-位移”、“壓力-位移”、“力矩角度”等類型。六、變換力的彈性敏感元件 輸入量為力F，輸出量是應(yīng)變、位移的敏感元件. 在力的作用下，位移很小，用它的應(yīng)變作為輸出量. 元件： 實(shí)心柱、空心圓柱、矩形柱、等截面圓環(huán)、扭 轉(zhuǎn)軸、 等截面懸臂梁、等強(qiáng)度懸臂梁。 七、變換壓力的彈性敏感元件 將氣體和液體等的壓力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變的彈性敏感元件。 元件： 彈簧管、波紋管、等截面薄板、膜盒、薄壁圓筒、薄壁半球。圖3-6 變換壓力的彈性元件a）彈簧管 b）波紋管 c)等截面板 d）膜盒 e）薄壁圓筒 f）薄壁半球一、基本

5、工作原理二、電阻應(yīng)變片種類三、電阻式傳感器四、應(yīng)變片溫度誤差及補(bǔ)償 3.1&3.4 電阻應(yīng)變片導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片又稱應(yīng)變片、電阻片，將被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件，基于應(yīng)變效應(yīng)制成。電阻應(yīng)變式傳感器： 將電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)物體表面，利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。壓力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等都可以利用電阻應(yīng)變式傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因此用于測(cè)量力、力矩、 壓力、加速度、重量等.（1）應(yīng)變效應(yīng)金屬應(yīng)變片結(jié)構(gòu)： 網(wǎng)狀敏感柵高阻金屬絲、金屬箔 基片絕緣材料 蓋片保護(hù)層1敏感元件 2、4基底

6、 3引線應(yīng)變片組成 應(yīng)變片結(jié)構(gòu)一根金屬電阻絲初始長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在未受力時(shí)，原始電阻值為： 當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)l，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，從而引起電阻值變化量為 ：式中：dL/L長(zhǎng)度相對(duì)變化量（線應(yīng)變/軸向應(yīng)變），用應(yīng)變x表示為： 電阻相對(duì)變化量： dA/A圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量（橫向應(yīng)變/徑向應(yīng)變），設(shè)r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2r dr，則：材料力學(xué)：在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，沿徑向縮短，軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為 ：為電阻絲材料的泊松比，負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。 推得： 電阻絲的靈敏系數(shù)：?jiǎn)挝粦?yīng)變所引起的電

7、阻相對(duì)變化量。其表達(dá)式為：Ks受兩個(gè)因素影響:對(duì)金屬材料：1+2( /)/x對(duì)半導(dǎo)體材料：( /)/x1+2實(shí)驗(yàn)證明:在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即KS為常數(shù)。 應(yīng)變片靈敏系數(shù)K（教材P25）：標(biāo)稱靈敏系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)確定二、電阻應(yīng)變片種類常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片絲線應(yīng)變片回線式應(yīng)變片短接式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)，半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對(duì)變化量與所受的應(yīng)變力有關(guān)：式中： 半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù); 半導(dǎo)體材料的所受應(yīng)變力; E半導(dǎo)體材料的彈性模量; x半導(dǎo)體材料的應(yīng)變。因此：實(shí)驗(yàn)證明：E比1+2

8、大上百倍，所以1+2可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為： 三、電阻式傳感器（電阻應(yīng)變式傳感器）敏感元件為各種彈性體，傳感元件是應(yīng)變片。將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的裝置稱為力傳感器，包括稱重傳感器，力矩傳感器等。目前市場(chǎng)上的力傳感器大都是應(yīng)變式力傳感器，可將力、扭矩、加速度、荷重等非電量轉(zhuǎn)換成電量。 為了顯示、記錄應(yīng)變的大小必須將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓、電流的變化，由測(cè)量電路完成，常用的測(cè)量電路是橋式電路。電阻應(yīng)變片工作原理：將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件表面上，并接入測(cè)量電路，隨著構(gòu)件受力變形，應(yīng)變片敏感柵也相應(yīng)變形，從而使其電阻值發(fā)生變化。電阻值變化與構(gòu)件表面應(yīng)變成比例，應(yīng)用適當(dāng)測(cè)量電話和儀器測(cè)得應(yīng)變片的

9、電阻值變化，再根據(jù)一維受力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可得到應(yīng)力值。 測(cè)量原理：在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化， 同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。 當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值。 根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（虎克定律） ，得到應(yīng)力值為：應(yīng)變片的測(cè)量原理例3-1：電阻應(yīng)變片的阻值為120，靈敏系數(shù)K=2，沿縱向粘貼與直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E=2*1011N/m2， 。求鋼柱受10t（噸）拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的變化量 和相對(duì)變化量 。 四、應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償 1 應(yīng)變片的溫度誤差 由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來的附加誤差， 稱

10、為應(yīng)變片的溫度誤差。 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。 式中: Rt溫度為t時(shí)的電阻值； R0溫度為t0時(shí)的電阻值； 0溫度為t0時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)； t溫度變化值，t=t-t0。 當(dāng)溫度變化t時(shí)，電阻絲電阻的變化值為： R=Rt-R0=R00t Rt=R0(1+0t) 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(guān)系可用下式表示： 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。 當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。 設(shè)粘貼在試件上一段長(zhǎng)度

11、為l0應(yīng)變絲（溫度為0），當(dāng)溫度變化t時(shí)，應(yīng)變絲受熱膨脹至ls ，此時(shí)試件伸長(zhǎng)lg, 設(shè)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(zhǎng)度分別為： ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt) 當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形l、附加應(yīng)變和附加電阻變化R分別為： 由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對(duì)變化量為: 結(jié)論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對(duì)變化量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0, 0, s）以及被測(cè)試件線膨脹系數(shù)g有關(guān)。 2 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有電橋補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的電阻片

12、溫度誤差補(bǔ)償方法。 電橋補(bǔ)償法電路分析g為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由上式可知， 當(dāng)R3和R4為常數(shù)時(shí)，R1和R2對(duì)電橋輸出電壓Uo的作用方向相反。利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)：當(dāng)溫度升高或降低t=t-t0時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片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： 注意補(bǔ)償條件： 在應(yīng)變片工作過程中，保證R3=R4。 R1和R2兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。 工程上，一般按R1 = R2 = R3

13、= R4 選取橋臂電阻。 測(cè)量方法：當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2又處于同一環(huán)境溫度為t的溫度場(chǎng)中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)有： 應(yīng)變的測(cè)量：被測(cè)試件有應(yīng)變的作用，則工作應(yīng)變片電阻R1又有新的增量R1=R1K，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量， 此時(shí)電橋輸出電壓為 ：可見：電橋的輸出電壓Uo僅與被測(cè)試件的應(yīng)變有關(guān)，而與環(huán)境溫度無關(guān)。 補(bǔ)充：彈性敏感元件3.1&3.4 電阻應(yīng)變片3.2 電阻應(yīng)變片測(cè)量電路3.3 電阻式傳感器的應(yīng)用 3 電阻式傳感器應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，由于電阻的變化在數(shù)量值上很小，既難以直接精確測(cè)量，又不便直接處理。因此，必須通過測(cè)量電路將應(yīng)變片的電阻變

14、化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。應(yīng)變式傳感器多采用不平衡電橋電路，采用直流電源供電和交流電源供電，分別稱為直流電橋和交流電橋。電阻應(yīng)變片測(cè)量電路測(cè)量電橋單臂電橋：只有一個(gè)臂接入應(yīng)變片。雙臂半橋：電橋中相鄰兩個(gè)臂接入應(yīng)變片。全橋：電橋中4個(gè)臂均接入應(yīng)變片。單臂電橋半橋全橋 3.1 單臂直流電橋 1. 直流電橋平衡條件直流電橋 當(dāng)RL時(shí)，電橋輸出電壓為： 當(dāng)電橋平衡時(shí)，Uo=0，則有： R1R4=R2R3或： 電橋平衡條件：欲使電橋平衡， 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等， 或相對(duì)兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。應(yīng)變片測(cè)量電橋在工作前應(yīng)使電橋平衡（稱為預(yù)調(diào)平衡）。 電橋平衡條件 2. 電壓靈敏度 應(yīng)變片工作時(shí)：電阻值變

15、化很小，電橋相應(yīng)輸出電壓也很小，一般需要加入放大器進(jìn)行放大。由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多，所以此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路情況。 單臂電橋當(dāng)受應(yīng)變時(shí)：若應(yīng)變片電阻變化為R，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo0，則電橋不平衡，輸出電壓為： 設(shè)橋臂比n=R2/R1，因R1R1，分母中R1/R1可忽略， 并考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3， 則上式可寫為： 電橋電壓靈敏度定義為 ：?jiǎn)伪垭姌螂妷红`敏度為 ：分析： 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(yīng)變片允許功耗的限制，所以要作適當(dāng)選擇。 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂

16、比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 ？當(dāng)E值確定后，n取何值時(shí)才能使KU最高？思路：dKU/dn = 0，求KU的最大值 求得n=1時(shí)，KU為最大值。即在供橋電壓確定后，當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)，電橋電壓靈敏度最高，此時(shí)有： 結(jié)論：當(dāng)電源電壓E和電阻相對(duì)變化量R1/R1一定時(shí)， 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(guān)。 R1=R2=R3=R4時(shí)，為全等臂電橋。全等臂電橋式n=1的一種特例，是應(yīng)變式傳感器常采用的形式。 3.非線性誤差及其補(bǔ)償方法 與R1/R1的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為 理想情況（略去分母中的R1/R1項(xiàng)）：實(shí)際情況（保留分母中的R1/R1項(xiàng)）：

17、如果橋臂比n=1，則 ：例3-1：對(duì)于一般應(yīng)變片：所受應(yīng)變通常在0.005以下。若取KU=2，則R1/R1=KU=0.01，計(jì)算得非線性誤差為0.5%。若KU=130，=0.001時(shí)，R1/R1=0.130，則得到非線性誤差為6%。故當(dāng)非線性誤差不能滿足測(cè)量要求時(shí)，必須予以消除。 差動(dòng)電橋 減小和消除非線性誤差的方法半橋差動(dòng)：在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂。該電橋輸出電壓為： 若R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得： 可知：Uo與R1/R1成線性關(guān)系，無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KU=E/2，是單臂工作時(shí)的兩倍。全橋差動(dòng)：電橋四臂接入四片應(yīng)變片

18、，即兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變，將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，則 ： 結(jié)論：全橋差動(dòng)電路不僅沒有非線性誤差，而且輸出電壓及電壓靈敏度均為單臂電橋工作時(shí)的4倍。雙臂半橋和全橋工作時(shí)，還能起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?單橋半橋全橋 直流電橋輸出電壓3.2 交流電橋 引入原因：由于應(yīng)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(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。 由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容。交流電橋 式中, C1、C2表示應(yīng)變片引線分布電容。 每一橋臂上復(fù)阻抗分別

19、為：交流電橋輸出： 電橋平衡條件：Uo=0，即： Z1Z4=Z2Z3 整理可得： 變形為： 交流電橋的平衡條件（實(shí)部、虛部分別相等）：交流電橋平衡調(diào)節(jié)（P32）：電阻平衡電路、電容平衡電路 交流電橋平衡調(diào)節(jié)： 當(dāng)應(yīng)力變化時(shí)，交流單臂電橋輸出為：交流半橋輸出為：直流電橋 優(yōu)點(diǎn)：電源穩(wěn)定、平衡電路簡(jiǎn)單，仍是主要測(cè)量電路； 缺點(diǎn)：直流放大器較復(fù)雜，存在零漂和工頻干擾。交流電橋 優(yōu)點(diǎn)：放大電路簡(jiǎn)單無零漂，不受干擾，為特定 傳感器帶來方便； 缺點(diǎn)：需專用測(cè)量?jī)x器或電路，不易取得高精度。交流電橋由于引線分布參數(shù)的影響以及平衡調(diào)節(jié)、后續(xù)放大的影響與直流電橋有明顯的差別。補(bǔ)充：彈性敏感元件3.1&3.4 電阻

20、應(yīng)變片3.2 電阻應(yīng)變片測(cè)量電路3.3 電阻式傳感器的應(yīng)用 3 電阻式傳感器電阻式應(yīng)變傳感器的應(yīng)用主要分為兩大類： 1.應(yīng)變測(cè)量 應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)試件上，通過電阻應(yīng)變儀測(cè)量構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、形變； 2.應(yīng)變片與彈性元件組合使用構(gòu)成測(cè)量?jī)x器（如電子秤），測(cè)量重物、力、壓力、位移、速度、加速度等物理量。電阻應(yīng)變儀是直接測(cè)量應(yīng)變的專用儀器，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中常常要對(duì)構(gòu)件或組件的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。如:長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭、三峽工程、大慶石油井架等工程項(xiàng)目測(cè)試。 測(cè)量高壓容器的變形時(shí)壓力高壓氣瓶、高壓鍋爐、高壓鍋; 機(jī)械設(shè)備的構(gòu)件形變研究火炮炮管、汽車底盤、飛機(jī)機(jī)翼。（1）電阻應(yīng)變儀 按測(cè)量應(yīng)變力的頻率可分

21、為靜態(tài)應(yīng)變儀;動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀又可細(xì)分為： 靜態(tài)5Hz，靜動(dòng)態(tài)幾百Hz；測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變，系統(tǒng)要求高速高精度AD；動(dòng)態(tài)5KHz；超動(dòng)態(tài)幾十KHz；測(cè)量振動(dòng)、頻譜分析，系統(tǒng)除要求高性能解調(diào)電路，要有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能，數(shù)字濾波、頻譜分析。不同應(yīng)變頻率范圍的應(yīng)變儀，數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理電路有較大差別。靜態(tài)應(yīng)變儀電路原理示意圖 橋梁固有頻率測(cè)量 懸臂梁固有頻率測(cè)量 頻譜分析 ：自功率譜、互功率譜、正傅氏變換、逆傅氏變換、相干函數(shù)、傳遞函數(shù)(頻響函數(shù))、自相關(guān)、互相關(guān)、計(jì)算反應(yīng)譜。 橋梁固有頻率測(cè)量電路直流電橋頻率計(jì) 力傳感器由彈性元件和應(yīng)變片組成，有：柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等。 柱式力傳感器 有空心（筒形）、

22、實(shí)心（柱形）兩種 在圓筒（柱）上按一定方式粘貼應(yīng)變片，圓筒（柱）在外力作用下產(chǎn)生 形變。對(duì)實(shí)心圓柱，外力F 作用時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋?式中：L 為彈性元件的長(zhǎng)度；E 為彈性模量； S 為彈性元件的橫截面積；應(yīng)力= F/S ；應(yīng)變與力成正比關(guān)系，要提高變換靈敏度必須減小橫截面積S，但S 小抗彎能力差易產(chǎn)生橫向干擾；為解決這一矛盾多采用空心圓筒，空心圓筒在同樣橫截面積情況下橫向剛度大。（2）力傳感器（測(cè)力與秤重） 實(shí)心圓柱 H 2D + L 空心圓柱 H D d+L 試驗(yàn)研究結(jié)果建議選用以下公式：柱式力傳感器結(jié)構(gòu)F=100103N柱式力傳感器稱重荷重，量程在0.1100噸之間，國產(chǎn)有 BLR-1型測(cè)拉

23、力、BHR型測(cè)荷重傳感器;火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架都采用空心圓柱結(jié)構(gòu)。 H柱高, D外徑, d空心內(nèi)徑, L應(yīng)變片基長(zhǎng) 柱式力傳感器圓柱面展開的應(yīng)變片粘貼圖 柱式力傳感器 應(yīng)變片連接電路應(yīng)變片均勻貼在圓柱表面中間部分，R1 R3、R2 R4串聯(lián)擺放在兩對(duì)臂內(nèi)，當(dāng)有偏心應(yīng)力時(shí)，一方受拉另一方受壓產(chǎn)生相反變化，可減小彎矩的影響。橫向粘貼應(yīng)變片為溫度補(bǔ)償片有提高靈敏度的作用。 橋路連接圖靈敏度按半橋計(jì)算，電橋輸出為 R=R1=R2=R3=R4 ，受力方向相同 柱式力傳感器荷重傳感器彈性元件形式（2）力傳感器 柱式力傳感器等截面梁因?yàn)閼?yīng)變片的應(yīng)變大小與力作用的距離有關(guān)，所以應(yīng)變片應(yīng)貼在距固定端較近的表面，順梁的方向貼上下各貼兩只。四個(gè)應(yīng)變片組成全橋，上面兩個(gè)受壓時(shí)下面兩個(gè)受拉。保證對(duì)臂同極性、鄰臂反極性連接。這種傳感器適用于中等荷重，測(cè)量500Kg以下荷重。 懸臂梁式力傳感器 等強(qiáng)度梁懸臂梁長(zhǎng)度方向的截面積按一定規(guī)律變化，是一種特殊形式的懸臂梁。當(dāng)力作用在自由端時(shí)，梁任何位置上距作用點(diǎn)應(yīng)力相等，應(yīng)變片的應(yīng)變大小為：為梁的長(zhǎng)度，當(dāng)力作用在自由端時(shí)，梁表面產(chǎn)生的應(yīng)變相等。對(duì)應(yīng)變片粘貼位置要求不嚴(yán)，使用更為方便。 懸臂梁式力傳感器各種形式的應(yīng)變梁應(yīng)用于不同場(chǎng)合 懸臂梁式力傳感器各種平行雙孔梁各種形式的應(yīng)變梁，雙孔梁多用于盤秤 懸臂梁