傳感器應(yīng)用技術(shù) 項(xiàng)目三下載-支持高清

項(xiàng)目二7/14/20211一、項(xiàng)目要7/14/20212應(yīng)變式傳求感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。它是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。【知識(shí)要求】掌握電阻應(yīng)變效應(yīng)、電阻應(yīng)變片的工作原理。了解電阻應(yīng)變片的分類(lèi)及其特點(diǎn)。掌握電阻應(yīng)變片的檢測(cè)線路

橋路的三種形式。了解檢測(cè)線路的補(bǔ)償方法。了解電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用。重點(diǎn)：理解應(yīng)變式傳感器的工作原理，掌握它的性能特點(diǎn)，了解其常用結(jié)構(gòu)的形式及應(yīng)用。難點(diǎn)：線性與非線性電位器的測(cè)量原理，應(yīng)變式傳感器的測(cè)量原理、溫度誤差及其補(bǔ)償。一、項(xiàng)目要求【能力要求】7/14/20213能夠正確地識(shí)別各種應(yīng)變式傳感器及其特點(diǎn)和其在整個(gè)工作系統(tǒng)中的作用。在設(shè)計(jì)中，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找出匹配的應(yīng)變式傳感器。能夠準(zhǔn)確判斷出傳感器的好壞，熟練掌握應(yīng)變式傳感器的測(cè)量方法。能夠設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量電路。二、相關(guān)知（一）應(yīng)識(shí)變式傳感器工作原理7/14/202141．金屬的應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形(拉伸或壓縮)的大

小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻為什么會(huì)隨著其發(fā)生的應(yīng)變而變化呢?道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)榻饘俳z的電阻(R=ρL/S)與材料的電阻率(ρ)及其幾何尺寸(長(zhǎng)度L和截面積S)有關(guān)，而金屬絲在承受機(jī)械變形的過(guò)程中，這三者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化。二、相關(guān)知2．電阻識(shí)應(yīng)變片的工作原理金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng)7/14/20215按其構(gòu)造材料可劃分成金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片兩大類(lèi)。如圖所示為絲繞式應(yīng)變片，金屬導(dǎo)線的電阻值與其導(dǎo)線長(zhǎng)度L成正比而與導(dǎo)線截面積S成反比，即一根金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為式中ρ——電阻絲的電阻率；L——電阻絲的長(zhǎng)度；S——電阻絲的截面積。二、相關(guān)知當(dāng)電阻識(shí)絲受到拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)ΔL，橫截面積相應(yīng)減小ΔS，電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變?chǔ)う眩室痣娮柚迪鄬?duì)變化量為式中，ΔL/L是長(zhǎng)度相對(duì)變化量，用應(yīng)變?chǔ)疟硎睛/S為圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量，即7/14/20216二、相關(guān)知識(shí)由材料力學(xué)可知，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，那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為式中，μ為電阻絲材料的泊松比，負(fù)號(hào)表示與應(yīng)變方向相反?；?/14/20217二、相關(guān)知通常把單識(shí)位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量，其表達(dá)式為靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響，一個(gè)是受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2μ，另一個(gè)是受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，

即(Δρ/ρ)/ε。對(duì)金屬材料電阻絲來(lái)說(shuō)，靈敏度系數(shù)表達(dá)式中1+2μ的值要比(Δρ/ρ)/ε大得多，而半導(dǎo)體材料的(Δρ/ρ)/ε的值比1+2μ大得多。大量實(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K為常數(shù)。7/14/20218二、相關(guān)知用應(yīng)變片識(shí)測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，根據(jù)上述特點(diǎn)，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ΔR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，可得到應(yīng)力值σ為式中σ——試件的應(yīng)力；ε——試件的應(yīng)變；E——試件材料的彈性模量。由此可知，應(yīng)力值σ正比于應(yīng)變?chǔ)?，而試件?yīng)變?chǔ)耪扔陔娮柚档淖兓?，所以?yīng)力σ正比于電阻值的變化，這就是利用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變的基本原理。7/14/20219二、相關(guān)知（二）

電阻識(shí)應(yīng)變片種類(lèi)及特性1.電阻應(yīng)變片的種類(lèi)電阻應(yīng)變片品種繁多，形式多樣。但常用的應(yīng)變片可分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片兩類(lèi)。金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，它黏貼在絕緣的基片上，其上再黏貼起保護(hù)作用的覆蓋層，兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。7/14/202110二、相關(guān)知（1）絲式應(yīng)變識(shí)片（2）箔式應(yīng)變片回線式應(yīng)變片7/14/202111箔式應(yīng)變片二、相關(guān)知識(shí)（3）薄膜式應(yīng)變片薄膜式應(yīng)變片是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其厚度在0.1μm以下。它是采用真空蒸發(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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，是一種很有前途的新型應(yīng)變片。半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式7/14/202112二、相關(guān)知識(shí)7/14/202113半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。尺寸、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后都很小，靈敏系數(shù)極大，比金屬絲式高50～80倍，因而輸出也大，可以不需放大器直接與記錄儀器連接，使得測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化。它的缺點(diǎn)是電阻值和靈敏系數(shù)的溫度穩(wěn)定性差；測(cè)量較大應(yīng)變時(shí)非線性嚴(yán)重；靈敏系數(shù)隨受拉或壓而變，且分散度大，一般在3%～

5%之間，因而使測(cè)量結(jié)果有±（3%～

5%）的誤差。二、相關(guān)知2.橫向效識(shí)應(yīng)因此，應(yīng)變片感受應(yīng)變時(shí)，其電阻變化應(yīng)由兩部分組成，一部分與縱向應(yīng)變有關(guān)，另一部分與橫向應(yīng)變有關(guān)，對(duì)于如圖所示U型應(yīng)變片，其電阻相對(duì)變化的理論計(jì)算式為式中

l——金屬電阻絲總長(zhǎng)度；r——圓弧部分半徑；

n——敏感柵直線段數(shù)目。橫向效應(yīng)7/14/202114二、相關(guān)知識(shí)設(shè)式可寫(xiě)為對(duì)其他形式應(yīng)變片也適用的一般形式：7/14/202115二、相關(guān)知識(shí)7/14/202116式中

Kx——應(yīng)變片對(duì)軸向應(yīng)變的靈敏系數(shù)，它代表εy=0時(shí)，敏感柵電阻相對(duì)變化與εx之比；Ky——應(yīng)變片對(duì)橫向應(yīng)變的靈敏系數(shù)，它代表εx=0時(shí)，敏感柵電阻相對(duì)變化與εy之比；c——應(yīng)變片橫向靈敏度，它表示橫向應(yīng)變對(duì)應(yīng)變片電阻相對(duì)變化的影響程度。通?？梢杂脤?shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定Kx和Ky，然后再求出c。（三）黏合劑和應(yīng)變片的黏貼技術(shù)1.黏合劑電阻應(yīng)變片工作時(shí)，總是被黏貼到試件上或傳感器的彈性元件上。在測(cè)試被測(cè)量時(shí)，黏合劑所形成的膠層起著非常重要的作用，它應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤地將試件或彈性元件的應(yīng)變傳遞到應(yīng)變片的敏感柵上去。所以黏合劑與黏貼技術(shù)對(duì)于測(cè)量結(jié)果有直接影響，不能忽視它們的作用。對(duì)黏合劑應(yīng)有以下幾點(diǎn)要求：有一定的黏結(jié)強(qiáng)度；能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變；蠕變??；機(jī)械滯后??；耐疲勞性能好，韌性好；長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；具有足夠的穩(wěn)定性能；對(duì)彈性元件和應(yīng)變片不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用；有適當(dāng)?shù)馁A存期；有較大的使用溫度范圍。7/14/202117二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知2.應(yīng)變片識(shí)黏貼工藝7/14/202118（1）應(yīng)變片檢查根據(jù)測(cè)試要求而選用的應(yīng)變片，要做外觀和電阻值的檢查，對(duì)精度要求較高的測(cè)試還應(yīng)復(fù)測(cè)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和橫向靈敏度。①外觀檢查線柵或箔柵的排列是否整齊均勻，是否有造成短路、斷路的部位或有銹蝕斑痕；引出線焊接是否牢固；上下基底是否有破損部位。②電阻值檢查對(duì)經(jīng)過(guò)外觀檢查合格的應(yīng)變片，要逐個(gè)進(jìn)行電阻值測(cè)量，其值要求準(zhǔn)確到0.05Ω，配對(duì)橋臂用的應(yīng)變片電阻值應(yīng)盡量相同。二、相關(guān)知7/14/202119識(shí)修整應(yīng)變片①對(duì)沒(méi)有標(biāo)出中心線標(biāo)記的應(yīng)變片，應(yīng)在其上基底上標(biāo)出中心線。②如有需要應(yīng)對(duì)應(yīng)變片的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行修整，但修整后的應(yīng)變片不可小于規(guī)定的最小長(zhǎng)度和寬度。③對(duì)基底較光滑的膠基應(yīng)變片，可用細(xì)砂布將基底輕輕地稍許打磨，并用溶劑洗凈。試件表面處理為了使應(yīng)變片牢固地黏貼在試件表面上，必須使黏貼應(yīng)變片的試件表面部分平整光潔且無(wú)油漆、銹斑、氧化層、油污和灰塵等。二、相關(guān)知識(shí)7/14/202120劃黏貼應(yīng)變片的定位線為了保證應(yīng)變片黏貼位置的準(zhǔn)確性，可用劃筆在試件表面劃出定位線。黏貼時(shí)應(yīng)使應(yīng)變片的中心線與定位線對(duì)準(zhǔn)。黏貼應(yīng)變片在處理好的黏貼位置上和應(yīng)變片基底上，各涂抹一層薄薄的黏合劑，稍待一段時(shí)間(視黏合劑種類(lèi)而定)，然后將應(yīng)變片黏貼到預(yù)定位置上。在應(yīng)變片上面放一層玻璃紙或一層透明的塑料薄膜，然后用手滾壓擠出多余的黏合劑，使黏合劑層的厚度盡量減薄。黏合劑的固化處理對(duì)黏貼好的應(yīng)變片，依黏合劑固化要求進(jìn)行固化處理。二、相關(guān)知7/14/202121（7）應(yīng)變識(shí)片黏貼質(zhì)量的檢查①外觀檢查②電阻值檢查③絕緣電阻檢查引出線的固定保護(hù)黏貼好的應(yīng)變片引出線與測(cè)量用導(dǎo)線焊接在一起，為了防止應(yīng)變片電阻絲和引出線被拉斷，用膠布將導(dǎo)線固定于試件表面，但固定時(shí)要考慮使引出線呈彎曲形的余量和引線與試件之間的良好絕緣。應(yīng)變片的防潮處理應(yīng)變片黏貼好固化以后，要進(jìn)行防潮處理，以免潮濕引起絕緣電阻和黏合強(qiáng)度降低，影響調(diào)試精度。簡(jiǎn)單的方法是在應(yīng)變片上涂一層中性凡士林。最好是石蠟或蜂蠟熔化后涂在應(yīng)變片表面上(厚約2

m)，這樣可長(zhǎng)時(shí)間防潮。二、相關(guān)知識(shí)（四）應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償1.應(yīng)變片的溫度誤差（1）溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變式中

Rt——溫度為t℃時(shí)的電阻值；R0——溫度為t0

℃時(shí)的電阻值；α——敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)；Δt——溫度變化值，Δt=t－t0。7/14/202122二、相關(guān)知當(dāng)溫度變識(shí)化Δt時(shí)，電阻絲電阻的變化值為將溫度變化Δt時(shí)的電阻變化折合成應(yīng)變?chǔ)舤α，則（2）試件材料與敏感柵電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變總附加應(yīng)變量為7/14/202123二、相關(guān)知2.電阻應(yīng)識(shí)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有橋路補(bǔ)償法、應(yīng)變片的自補(bǔ)償法和熱敏電阻補(bǔ)償法三大類(lèi)。（1）橋路補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法是最常用的且效果較好的線路補(bǔ)償法，橋路補(bǔ)償法也稱補(bǔ)償片法。電橋輸出電壓Uo與橋臂參數(shù)的關(guān)系為電橋補(bǔ)償法R1—工作應(yīng)變片；RB—補(bǔ)償應(yīng)變片式中

A——由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)；R1—工作應(yīng)變片；RB—補(bǔ)償應(yīng)變片。7/14/202124二、相關(guān)知（2）應(yīng)變識(shí)片的自補(bǔ)償法這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片，黏貼在被測(cè)部位上的一種特殊應(yīng)變片。當(dāng)溫度變化時(shí)，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒?，這種特殊應(yīng)變片稱為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。利用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補(bǔ)償法。溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須有7/14/202125二、相關(guān)知①選擇識(shí)式識(shí)自補(bǔ)償應(yīng)變片②雙金屬絲敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片（3）熱敏電阻補(bǔ)償法如圖所示，圖中的熱敏電阻Rt處在與應(yīng)變片相同的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻Rt的阻值也下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出，補(bǔ)償因應(yīng)變片引起的輸出下降。選擇分流電阻及RS的值，可以得到良好的補(bǔ)償。雙金屬絲敏感柵7/14/202126熱敏電阻補(bǔ)償法二、相關(guān)知（五）電阻識(shí)應(yīng)變片的測(cè)量電路1.平衡電橋的工作原理平衡電橋多用直流供電，如圖所示。四臂中任一電阻可用應(yīng)變片代替，因?yàn)閼?yīng)變片工作過(guò)程中阻值變化很小，所以可認(rèn)為電源供出的電流I在工作過(guò)程中是不變的，即加在3和4間的電壓是一個(gè)定值。假定電源為電勢(shì)源E，內(nèi)阻為零，則在檢流計(jì)中流過(guò)的電流Ig和電橋各參數(shù)間的關(guān)系為直流電橋7/14/202127二、相關(guān)知式中，Rg為檢流識(shí)計(jì)的內(nèi)阻，應(yīng)變片的阻值變化量可以用Ig的大小來(lái)表示(偏轉(zhuǎn)法)，也可以用橋臂阻值的改變量來(lái)表示(零讀法)。若采用零讀法時(shí)，電橋的平衡條件為流過(guò)檢流計(jì)的電流等于零。此時(shí)式要滿足下列條件即若第一橋臂用應(yīng)變片代替，應(yīng)變片由應(yīng)變引起的電阻變化為ΔR，使式的關(guān)系被破壞，檢流計(jì)有電流流過(guò)，此時(shí)可調(diào)節(jié)其余臂的電阻，使其重新滿足式的關(guān)系。若調(diào)節(jié)R2，使其變?yōu)?/14/202128二、相關(guān)知7/14/2021293

4

2

1

3若R

和R識(shí)為定值時(shí)，可用ΔR

表示ΔR

的大小，一般將R

和R4稱為比例臂，改變它們的比值，可以改變?chǔ)1的測(cè)量范圍，而R2稱為調(diào)節(jié)臂，用它來(lái)調(diào)節(jié)被測(cè)應(yīng)變值。它和一般電橋的不同點(diǎn)是在測(cè)量前和測(cè)量時(shí)需要作兩次平衡。靜態(tài)應(yīng)變儀的電橋多采用這種原理制成。若應(yīng)變?yōu)閯?dòng)態(tài)量，則電阻變化較快，平衡電橋已經(jīng)來(lái)不及了，此時(shí)只能采取偏轉(zhuǎn)法，即不平衡電橋法。2.不平衡電橋的工作原理不平衡電橋是利用電橋輸出電流或電壓與電橋各參數(shù)間的關(guān)系進(jìn)行工作的。此時(shí)在電橋的輸出端接入檢流計(jì)或放大器。在輸出電流時(shí)，為了使電橋有最大的電流靈敏度，希望電橋的輸出電阻應(yīng)盡量和指示器內(nèi)阻相等。二、相關(guān)知實(shí)際上電識(shí)橋后面連接的放大器的輸入阻抗都很高，比電橋的輸出電阻大得多，此時(shí)必須要求電橋具有較高的電壓靈敏度，當(dāng)有小的ΔR/R變化時(shí)，能產(chǎn)生較大的ΔU值。圖中是由交流電壓U供電的交流電橋電路，第一臂是應(yīng)變片，其他三臂為固定電阻。應(yīng)變片未承受應(yīng)變，此時(shí)阻值為R1。電橋處于平衡狀態(tài)，電橋輸出電壓為0。當(dāng)承受應(yīng)變時(shí)，產(chǎn)生ΔR1的變化，電橋變化，不平衡電壓輸出Uo。由圖可知：交流電橋電路7/14/202130二、相關(guān)知識(shí)，以及略假設(shè)n=R2/R1，并考慮電橋初始時(shí)條件R2/R1=R4/R3去分母中的微小項(xiàng)ΔR1/R1。則有電橋的電壓靈敏度為7/14/202131二、相關(guān)知研究式識(shí)可以發(fā)現(xiàn)：①電橋的電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，電橋電壓愈高，電壓靈敏度愈高。但是電橋電壓的提高受兩方面的限制，一方面是應(yīng)變電橋電阻的溫度誤差，另一方面是應(yīng)變片的允許溫升，所以一般供給電橋的電壓為1~3

V。②電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，即和電橋各臂的初始比值有關(guān)。當(dāng)U一定時(shí)，由

KU/

n可求得n=1時(shí)，電壓靈敏度KU最大，此時(shí)R1=R2、R3=R4，這種對(duì)稱情況正是我們進(jìn)行溫度補(bǔ)償所需的電路，所以它在非電量電測(cè)量電路中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于這類(lèi)對(duì)稱的式可以簡(jiǎn)化為7/14/202132二、相關(guān)知識(shí)根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。7/14/202133二、相關(guān)知識(shí)3.電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償一般消除非線性誤差的方法有以下兩種。（1）采用差動(dòng)電橋（2）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋差動(dòng)電橋電路恒流源電橋7/14/202134三、項(xiàng)目實(shí)施7/14/202135（一）實(shí)施要求通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，在掌握應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上掌握應(yīng)變式傳感器的器件識(shí)別、故障判斷、測(cè)量方法和實(shí)際應(yīng)用。該項(xiàng)目需要應(yīng)變式傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)或相關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線若干、相關(guān)的儀表、萬(wàn)用表、示波器。三、項(xiàng)目實(shí)施7/14/202136（二）實(shí)施步驟找出應(yīng)變式傳感器在電路中的位置，并判斷是什么類(lèi)型的傳感器。分析測(cè)量電路的工作原理，觀察應(yīng)變式傳感器工作過(guò)程中的現(xiàn)象。找出各個(gè)單元電路，記錄其電路組成形式。按照原理圖用導(dǎo)線將電路連接好，檢查確認(rèn)無(wú)誤后，啟動(dòng)電源。觀察各單元電路的工作情況，記錄其在工作過(guò)程中不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。四、拓展知（一）

應(yīng)變識(shí)式力傳感器被測(cè)物理量為荷重或力的應(yīng)變式傳感器，統(tǒng)稱為應(yīng)變式力傳感器。其主要用做各種電子秤與材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力元件、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測(cè)等。應(yīng)變式力傳感器要求有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，當(dāng)

傳感器在受到側(cè)向作用力或力的作用點(diǎn)發(fā)生輕微變化時(shí)，不應(yīng)對(duì)輸出有明顯的影響。柱（筒）式力傳感器7/14/202137環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖及應(yīng)力分布圖四、拓展知（二）應(yīng)變識(shí)式壓力傳感器（三）應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器膜片式壓力傳感器應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器7/14/202138四、拓展知（四）應(yīng)識(shí)變識(shí)式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖7/14/202139五、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)7/14/202140（一）金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。2.實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤(pán)、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V和±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。五、項(xiàng)目實(shí)3.實(shí)驗(yàn)原理電阻絲訓(xùn)在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=Δl/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，如圖所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別黏貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈

性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸或被壓縮。金屬箔式應(yīng)變片7/14/202141五、項(xiàng)目實(shí)通過(guò)這些訓(xùn)應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖所示R5、R6、R7為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓7/14/202142五、項(xiàng)目實(shí)E為電橋訓(xùn)電源電壓，R為固定電阻值，式中表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟應(yīng)變式傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變式傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判

別，R1=R2=R3=R4=350

Ω。差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入±15

V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端

Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2

V擋）。將電位器RW3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器RW4使電壓表顯示為0

V。關(guān)閉主控臺(tái)電源（RW3、

RW4的位置確定后不能改動(dòng)）。7/14/202143五、項(xiàng)目實(shí)（3）按訓(xùn)圖中所示連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。（4）加托盤(pán)后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱5

min，調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示為零。7/14/202144五、項(xiàng)目實(shí)7/14/202145訓(xùn)（5）在應(yīng)變式傳感器托盤(pán)上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到2

0

g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表中，關(guān)閉電源。重量/g實(shí)驗(yàn)結(jié)果電壓/mV實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)表計(jì)算系統(tǒng)靈敏度K＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δf1=Δm/yFS

×1

0%，式中Δm

為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程（2

0

g）輸出平均值。注意事項(xiàng)加在應(yīng)變式傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變式傳感器的損壞！7/14/202146五、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)五、項(xiàng)目實(shí)7/14/202147（二）金訓(xùn)屬訓(xùn)箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤(pán)、砝碼，數(shù)顯電壓表、±15

V和±4

V電源、萬(wàn)用表（自備）。五、項(xiàng)目實(shí)3.實(shí)驗(yàn)原訓(xùn)理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，如圖所示。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓為E為電橋電源電壓，式中表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。7/14/202148應(yīng)變式傳感器實(shí)訓(xùn)電路五、項(xiàng)目實(shí)4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)訓(xùn)容與步驟7/14/202149應(yīng)變式傳感器已安裝在應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考“金屬箔式應(yīng)變片”圖。差動(dòng)放大器調(diào)零，從主控臺(tái)接入±15

V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2

V擋）。將電位器PW3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器RW4使電壓表顯示為0

V。關(guān)