電阻應變式傳感器

1、第五章第五章 電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 金屬電阻應變片的結構和類型金屬電阻應變片的結構和類型5.3 5.3 金屬電阻應變片工作原理金屬電阻應變片工作原理5.4 5.4 誤差分析誤差分析5.5 5.5 分類分類5.6 5.6 應變片命名規(guī)則應變片命名規(guī)則5.7 5.7 應變片的主要特性及參數(shù)應變片的主要特性及參數(shù)5.8 5.8 電阻應變片的選用和粘貼電阻應變片的選用和粘貼5.9 5.9 應變片測量電路應變片測量電路5.10 5.10 半導體應變片半導體應變片5.11 5.11 電阻應變片式傳感器的應用電阻應變片式傳感器的應用5.1 5.1 概述概述電

2、阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量（壓力、荷重、扭力等）轉換為電信號的種力學量（壓力、荷重、扭力等）轉換為電信號的結構型傳感器。結構型傳感器。分類：電阻絲應變片、半導體應變片分類：電阻絲應變片、半導體應變片組成組成: :電阻應變片和測量電路。電阻應變片電阻應變片和測量電路。電阻應變片( (計計) )是是電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于電阻應變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片既可單獨作為傳材料的電阻應變效應，電阻應變片既可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力感器使用，又能作

3、為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。學量傳感器。5.2 5.2 金屬電阻應變片的結構和類型金屬電阻應變片的結構和類型 圖圖5 51 1 應變計的結構及構成應變計的結構及構成 (a)(a)絲式；絲式；(b)(b)箔式箔式1 1敏感柵；敏感柵；2 2基底；基底；3 3引線；引線；4 4蓋層；蓋層；5 5粘結劑粘結劑常用金屬應變片有常用金屬應變片有: :金屬絲式應金屬絲式應變片、箔式應變片以及金屬薄膜變片、箔式應變片以及金屬薄膜應變片等。應變片等。金屬電阻應變片的基本結構如圖金屬電阻應變片的基本結構如圖5-15-1所示，它由蓋層、敏感柵、基所示，它由蓋層、敏感柵、基底及引線四部分組成。敏感柵可底

4、及引線四部分組成。敏感柵可由金屬絲、金屬箔制成，它是轉由金屬絲、金屬箔制成，它是轉換元件，它被粘貼在基底上。用換元件，它被粘貼在基底上。用粘合劑粘貼在傳感器彈性元件或粘合劑粘貼在傳感器彈性元件或試件上的應變片通過基底把應變試件上的應變片通過基底把應變傳遞到敏感柵上，同時基底起絕傳遞到敏感柵上，同時基底起絕緣作用。蓋層起絕緣保護作用。緣作用。蓋層起絕緣保護作用。焊接于敏感柵兩端的引線作連接焊接于敏感柵兩端的引線作連接測量導線之用。測量導線之用。1 1、金屬絲式應變片、金屬絲式應變片金屬絲式應變片的敏感金屬絲式應變片的敏感柵由金屬絲繞制而成。金柵由金屬絲繞制而成。金屬絲材料為電阻率屬絲材料為電阻率

5、大而大而電阻溫度系數(shù)小的材料。電阻溫度系數(shù)小的材料。絲式應變絲式應變片的規(guī)格一般以片的規(guī)格一般以使用面積使用面積( (L L* *b)b)和敏感柵和敏感柵的電阻值來表示。阻值一的電阻值來表示。阻值一般在般在505010OO10OO范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，常用的為常用的為1212OO。2 2、金屬箔式應變片、金屬箔式應變片箔式應變片的敏感箔式應變片的敏感柵通過光刻、腐蝕等柵通過光刻、腐蝕等工藝制成，可根據(jù)需工藝制成，可根據(jù)需要制成任意形狀，具要制成任意形狀，具有表面積大、散熱性有表面積大、散熱性好、允許好、允許電流大、便電流大、便于成批生產(chǎn)等優(yōu)點。于成批生產(chǎn)等優(yōu)點。3 3、金屬薄膜應變片、金屬薄膜應變片

6、金屬薄膜應變片是采用真空濺射或真空沉積的方法金屬薄膜應變片是采用真空濺射或真空沉積的方法制成，它將可產(chǎn)生形變的金屬或合金直接沉積在彈性制成，它將可產(chǎn)生形變的金屬或合金直接沉積在彈性元件上而不用粘合劑。這樣應變片的性能更好，靈敏元件上而不用粘合劑。這樣應變片的性能更好，靈敏度高。所謂薄膜指厚度在度高。所謂薄膜指厚度在0.10.1m m以下的金屬膜。厚度以下的金屬膜。厚度在在2525m m左右的稱厚膜箔式應變片即屬厚膜。左右的稱厚膜箔式應變片即屬厚膜。5.3 5.3 金屬電阻應變片工作原理金屬電阻應變片工作原理 1 1、電阻應變效應、電阻應變效應金屬電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應。導體金屬

7、電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應。導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應變效的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應變效應。應。電阻絲較細電阻絲較細, , 一般在一般在0.0150.0150.06 mm, 0.06 mm, 其兩端焊有較粗其兩端焊有較粗的低阻鍍錫銅絲（的低阻鍍錫銅絲（0.10.10.2mm0.2mm）4 4作為引線作為引線, , 以便與測量以便與測量電路連接。圖中電路連接。圖中, l, l稱為應變計的標距稱為應變計的標距, , 也稱（基）柵長也稱（基）柵長, , b b稱為（基）柵寬稱為（基）柵寬, l, lb b稱稱為應變計的使用面積。為應變計的使用面積。

8、4312bl電阻應變計構造簡圖電阻應變計構造簡圖2 2、工作原理、工作原理: :應變效應應變效應 設有一根圓截面的金屬電阻絲如圖設有一根圓截面的金屬電阻絲如圖5-25-2所示。其所示。其原始電阻為：原始電阻為：圖圖5 52 2 金屬電阻絲受拉變形金屬電阻絲受拉變形SlR受力后各部分的變化引起電阻的變化受力后各部分的變化引起電阻的變化dSldSSldlSdR2dSdSldlRdRSSllRR或或對于直徑為對于直徑為d的圓形截面電阻絲：的圓形截面電阻絲：kllRRllllRRllrrrrrSSrdrdrdSrrS)21(22242244)2(4242泊松系數(shù)泊松系數(shù)太小，可忽略太小，可忽略=0.3

9、=0.30.50.5K K =1.6 =1.6 2 2 =10=10-6-6 1010-3-3靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)K K的意義：單位應變所引起的電阻相對的意義：單位應變所引起的電阻相對變化，主要是受力后材料的幾何尺寸變化引起。變化，主要是受力后材料的幾何尺寸變化引起。3 3、結論、結論金屬電阻絲的電阻相對變化率與軸向應變成正比。金屬電阻絲的電阻相對變化率與軸向應變成正比。4 4、特點、特點優(yōu)點優(yōu)點: : 穩(wěn)定性和溫度特性好穩(wěn)定性和溫度特性好. .缺點缺點: : 靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小. .1 1、橫向效應、橫向效應F橫向縮短作用引起的電阻值的減小對于軸向伸長橫向縮短作用引起的電阻值的減小對于

10、軸向伸長作用引起的電阻值的增加量起著抵消的作用，它使作用引起的電阻值的增加量起著抵消的作用，它使所測應變數(shù)值偏小，或說使應變片靈敏系數(shù)減小。所測應變數(shù)值偏小，或說使應變片靈敏系數(shù)減小。彎曲半徑越大，橫向效應也越大彎曲半徑越大，橫向效應也越大通過改變電阻絲排列的形狀可減小之。通過改變電阻絲排列的形狀可減小之。2 2、溫度影響、溫度影響由于環(huán)境溫度改變引起電阻值變化，由電阻絲溫由于環(huán)境溫度改變引起電阻值變化，由電阻絲溫度系數(shù)度系數(shù)引起；由電阻絲與被測件材料的線膨脹系引起；由電阻絲與被測件材料的線膨脹系數(shù)數(shù)1 1、2 2的不同引起的。的不同引起的。 5.4 5.4 誤差分析誤差分析F當溫度變化當溫度

11、變化tt, , 應變片電阻的增量應變片電阻的增量RRt t可用下式可用下式表示：表示： RRt t=R=Rt+Rt+RK(K(1 1- - 2 2)t)t = R = R+K(+K(1 1- - 2 2t t 令令 t t= +K(= +K(1 1- - 2 2) ) 則：則： RRt t= R= Rt ttt3 3、蠕變、蠕變與粘貼相關，基片、粘合劑、被測件材料需相適與粘貼相關，基片、粘合劑、被測件材料需相適應。否則不能將被測件表面變形準確地傳遞給應變應。否則不能將被測件表面變形準確地傳遞給應變片。片。另外須注意的事項：應變極限，疲勞壽命，絕緣另外須注意的事項：應變極限，疲勞壽命，絕緣電阻，

12、最大電流。電阻，最大電流。5.5 5.5 分類分類應變計有很多品種系列應變計有很多品種系列: : 從尺寸上講從尺寸上講, , 長的有幾長的有幾百百mm, mm, 短的僅短的僅0.2 mm; 0.2 mm; 由結構形式上看由結構形式上看, , 有單片、有單片、雙片、應變花和各種特殊形狀的圖案雙片、應變花和各種特殊形狀的圖案; ; 就使用環(huán)就使用環(huán)境上說境上說, , 有高溫、低溫、水、核輻射、有高溫、低溫、水、核輻射、 高壓、磁高壓、磁場等場等; ; 而安裝形式而安裝形式, , 有粘貼、非粘貼、焊接、火有粘貼、非粘貼、焊接、火焰噴涂等。焰噴涂等。主要的分類方法是根據(jù)敏感元件材料的不同主要的分類方法

13、是根據(jù)敏感元件材料的不同, , 將將應變計分為金屬式和半導體式兩大類。從敏感元應變計分為金屬式和半導體式兩大類。從敏感元件的形態(tài)又可進一步分類如下件的形態(tài)又可進一步分類如下: : 應變計應變計金屬屬性金屬屬性半導體式半導體式體形體形薄膜型薄膜型絲式絲式箔式箔式紙基紙基膠基膠基體型體型薄模型薄模型擴散型擴散型外延型外延型PnPn結及其它形式結及其它形式半導體式體型薄膜型、擴散型、外延型、半導體式體型薄膜型、擴散型、外延型、PNPN結及其結及其他形式他形式 金屬電阻應變計常見的形式有絲式、金屬電阻應變計常見的形式有絲式、 箔式、箔式、 薄膜式等。薄膜式等。 絲式應變計是最早應用的品種。絲式應變計是

14、最早應用的品種。金屬絲彎曲部分可作成圓弧、銳角或直角金屬絲彎曲部分可作成圓弧、銳角或直角, , 如圖所如圖所示。示。 彎曲部分作成圓?。◤澢糠肿鞒蓤A?。║ U）形是最早常用的一種形）形是最早常用的一種形式式, , 制作簡單但橫向效應較大。制作簡單但橫向效應較大。 直角（直角（H H）形兩端用）形兩端用較粗的鍍銀銅線焊接較粗的鍍銀銅線焊接, , 橫向效應相對較小橫向效應相對較小, , 但制作工但制作工藝復雜藝復雜, , 將逐漸被橫向效應小、將逐漸被橫向效應小、 其他方面性能更優(yōu)其他方面性能更優(yōu)越的箔式應變計所代替。越的箔式應變計所代替。(a)(b)(c)箔式應變計的線柵是通過光刻、腐蝕等工藝制

15、成很箔式應變計的線柵是通過光刻、腐蝕等工藝制成很薄的金屬薄柵（厚度一般在薄的金屬薄柵（厚度一般在0.0030.0030.01mm0.01mm）。與絲）。與絲式應變計相比有如下優(yōu)點式應變計相比有如下優(yōu)點: : (1)(1)工藝上能保證線柵的尺寸正確、工藝上能保證線柵的尺寸正確、 線條均勻線條均勻, , 大大批量生產(chǎn)時批量生產(chǎn)時, , 阻值離散程度小。阻值離散程度小。 (2)(2)可根據(jù)需要制成任意形狀的箔式應變計和微型可根據(jù)需要制成任意形狀的箔式應變計和微型小基長（如基長為小基長（如基長為0.1 mm0.1 mm）的應變計。）的應變計。 (3) (3) 敏感柵截面積為矩形敏感柵截面積為矩形, ,

16、 表面積大表面積大, , 散熱好散熱好, , 在在相同截面情況下能通過較大電流。相同截面情況下能通過較大電流。 (4) (4) 厚度薄厚度薄, , 因此具有較好的可撓性因此具有較好的可撓性, , 它的扁平狀它的扁平狀箔柵有利于形變的傳遞。箔柵有利于形變的傳遞。 (5) (5) 蠕變小蠕變小, , 疲勞壽命高。疲勞壽命高。 (6) (6) 橫向效應小。橫向效應小。 (7) (7) 便于批量生產(chǎn)便于批量生產(chǎn), , 生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)效率高。 (a)(b)(c)(d)(e)(f)幾種箔式應變計幾種箔式應變計薄膜式應變計是采用真空濺射或真空沉積技術薄膜式應變計是采用真空濺射或真空沉積技術, , 在薄在薄

17、的絕緣基片上蒸鍍金屬電阻薄膜（厚度在零點幾納米到的絕緣基片上蒸鍍金屬電阻薄膜（厚度在零點幾納米到幾百納米）幾百納米）, , 再加上保護層制成。再加上保護層制成。 其優(yōu)點是靈敏度高其優(yōu)點是靈敏度高, , 允許通過的電流密度大允許通過的電流密度大, , 工作溫度范圍廣工作溫度范圍廣, , 可工作于可工作于- -197197317317C, C, 也可用于核輻射等特殊情況下。也可用于核輻射等特殊情況下。制作應變計敏感元件的金屬材料應有如下要求制作應變計敏感元件的金屬材料應有如下要求: : (1)(1)k k0 0大大, , 并在盡可能大的范圍內(nèi)保持常數(shù)。并在盡可能大的范圍內(nèi)保持常數(shù)。 (2)(2)電

18、阻率電阻率大。大。 這樣這樣, , 在一定電阻值要求下在一定電阻值要求下, , 同同樣線徑樣線徑, , 所需電阻絲長度短。所需電阻絲長度短。 (3)(3)電阻溫度系數(shù)小。高溫使用時電阻溫度系數(shù)小。高溫使用時, , 還要求耐高溫還要求耐高溫氧化性能好。氧化性能好。 (4)(4)具有良好的加工焊接性能。具有良好的加工焊接性能。常用的敏感元件材料是康銅（銅鎳合金）、鎳鉻合常用的敏感元件材料是康銅（銅鎳合金）、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、金、鐵鉻鋁合金、 鐵鎳鉻合金等。鐵鎳鉻合金等。 常溫下使用的應常溫下使用的應變計多由康銅制成。變計多由康銅制成。 半導體應變計應用較普遍的有半導體應變計應用較普遍的有體型、

19、薄膜型、擴散型、外延型等。體型、薄膜型、擴散型、外延型等。體型半導體應變體型半導體應變計是將晶片按一定取向切片、研磨、再切割成細條計是將晶片按一定取向切片、研磨、再切割成細條, , 粘貼于基片上制作而成。粘貼于基片上制作而成。5.6 5.6 應變片命名規(guī)則應變片命名規(guī)則 應變計類別應變計類別: : B B 箔式箔式 T T 特殊用途特殊用途基底材料類別基底材料類別: :F F 酚醛類酚醛類 H H環(huán)氧類環(huán)氧類 A A聚酰亞胺聚酰亞胺 B B玻璃纖維浸膠玻璃纖維浸膠 標稱電阻（標稱電阻（）: : 120 175 350 500 700 1000 1500 120 175 350 500 700

20、1000 1500應變計柵長（應變計柵長（mmmm）: 3: 3等等敏感柵結構形狀敏感柵結構形狀: :AAAA單軸片單軸片 HAHA4545雙聯(lián)片雙聯(lián)片 GBGB半橋片半橋片 FGFG全橋片全橋片 KAKA圓片圓片材料線膨脹系數(shù)材料線膨脹系數(shù): :銅銅CuCu1111 鋁鋁AlAl2323 不銹鋼不銹鋼1616 可自補償蠕變標號可自補償蠕變標號: : T5 T3 T1 T8 T6 T4 T2 T0T5 T3 T1 T8 T6 T4 T2 T0 N2 N4 N6 N8 N0 N1 N3 N5 N7 N9N2 N4 N6 N8 N0 N1 N3 N5 N7 N9蠕變由負到正。蠕變由負到正。舉例舉例

21、: B F 350-3 AA 23 T0 : B F 350-3 AA 23 T0 （箔式（箔式, , 酚醛類基酚醛類基底材料底材料, , 標稱電阻標稱電阻350 , 350 , 應變計應變計柵長柵長 3 mm, 3 mm, 單軸片單軸片, , 材料線膨脹系數(shù)鋁材料線膨脹系數(shù)鋁AlAl23, 23, 可自補償可自補償蠕變標號蠕變標號T0T0。 ）5.7 5.7 應變片的主要特性及參數(shù)應變片的主要特性及參數(shù) kk電阻應變片的工作特性指用數(shù)據(jù)或曲線表達的應電阻應變片的工作特性指用數(shù)據(jù)或曲線表達的應變片的性能和特點。應變片的主要參數(shù)是指能反映變片的性能和特點。應變片的主要參數(shù)是指能反映應變片性能優(yōu)劣

22、的指標。實際上通過應變片的主要應變片性能優(yōu)劣的指標。實際上通過應變片的主要參數(shù)就能得知其工作特性。參數(shù)就能得知其工作特性。 1 1、應變片初始電阻值、應變片初始電阻值R R0 0R R0 0指應變片末貼前在室溫下測定的靜態(tài)電阻值。常指應變片末貼前在室溫下測定的靜態(tài)電阻值。常見的有見的有6060、120120、200200、250250、600600和和10001000等類型。等類型。 2 2、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)k k應變片的靈敏系數(shù)應變片的靈敏系數(shù)k k值及其誤差一般以平均靈敏系值及其誤差一般以平均靈敏系數(shù)值及相應均方根差表示數(shù)值及相應均方根差表示: :3 3、允許工作電流、允許工作電流I I

23、maxmax又稱最大工作電流，指允許通過應變片而不影響其又稱最大工作電流，指允許通過應變片而不影響其工作特性的最大電流值工作特性的最大電流值I Imaxmax。確定。確定I Imaxmax值是由多種因值是由多種因素綜合考慮的結果，一般由廠家提供。絲式應變片素綜合考慮的結果，一般由廠家提供。絲式應變片通常規(guī)定為通常規(guī)定為2525mAmA，但對動態(tài)測量或使用箔式應變片，但對動態(tài)測量或使用箔式應變片時可取得大一些。另外，選取時可取得大一些。另外，選取I Imaxmax值時還應考慮被測值時還應考慮被測構件材料導熱性的好壞。構件材料導熱性的好壞。4 4、應變極限、應變極限limlim應變片所能測量的最大

24、應變值稱為應變極限。一般應變片所能測量的最大應變值稱為應變極限。一般認為，在室溫條件下，指示應變降低到試件的真實認為，在室溫條件下，指示應變降低到試件的真實應變的應變的90%90%時，應變片就已開始失去工作能力，此時時，應變片就已開始失去工作能力，此時應變片能測試應變的最大值即應變極限。應變片能測試應變的最大值即應變極限。應變片粘貼到試件應變片粘貼到試件上，由于環(huán)境溫度變上，由于環(huán)境溫度變化的影響，將使電阻化的影響，將使電阻產(chǎn)生相對變化，這種產(chǎn)生相對變化，這種現(xiàn)象稱為應變片的溫現(xiàn)象稱為應變片的溫度效應。由溫度變化度效應。由溫度變化引起的應變輸出稱為引起的應變輸出稱為熱輸出。熱輸出。環(huán)境溫度變化

25、量數(shù)，敏感柵材料的線膨脹系，試件材料的線膨脹系數(shù)系數(shù)敏感柵材料的電阻溫度應變片靈敏系數(shù)起的總的電阻相對變化應變片由溫度所引式中（tCCkRRtkkRRtsttfsttt00/ 1/ 1)/)(/)/(5 5、溫度效應及熱輸出、溫度效應及熱輸出t t熱輸出熱輸出t t定義為：當應變片安裝在某一線膨脹系定義為：當應變片安裝在某一線膨脹系數(shù)的試件上，試件可自由膨脹，并不受外力作用，數(shù)的試件上，試件可自由膨脹，并不受外力作用，在緩慢升在緩慢升( (或降）溫的均勻溫度場內(nèi)，由溫度變化引或降）溫的均勻溫度場內(nèi)，由溫度變化引起的指示應變。其表達式為：起的指示應變。其表達式為：欲使欲使t t減小，則應使減小，

26、則應使t t的值小，的值小，k k值大，值大，s s和和f f接近或相等。接近或相等。實際中，溫度變化所引起的熱輸出較大，有時會實際中，溫度變化所引起的熱輸出較大，有時會超過被測量值而造成較大誤差。超過被測量值而造成較大誤差。例如粘貼在鋼件上的康銅電阻絲應變片，其靈敏系例如粘貼在鋼件上的康銅電阻絲應變片，其靈敏系數(shù)數(shù)k=2.0k=2.0，t t=2O=2Ol0l0-6-6/，f f =15=15l0l0-6-6/，鋼，鋼件線膨脹系數(shù)件線膨脹系數(shù)s s=11=11l0l0-6-6/ / ，當環(huán)境溫度變化，當環(huán)境溫度變化t=10t=10時，應變片熱輸出為：時，應變片熱輸出為：t t2O2Ol0l0

27、-6-6/2.0+(11-15)/2.0+(11-15)l0l0-6-6 1010=60=60l0l0-6-6=60(=60()對于鋼件其彈性模量對于鋼件其彈性模量E=2OE=2Ol0l09 9PaPa， 則則=E=Et t=1.2=1.21O1O5 5(Pa)(Pa)即上述輸出相當于在試件上加即上述輸出相當于在試件上加31.231.21 1O O5 5PaPa的應力，的應力，所以必須采取措施減少或消除溫度變化的影響，即所以必須采取措施減少或消除溫度變化的影響，即必須進行溫度補償。必須進行溫度補償。應變片的誤差產(chǎn)生原因：一是由電阻絲溫度系數(shù)引應變片的誤差產(chǎn)生原因：一是由電阻絲溫度系數(shù)引起的；二

28、是由電阻絲與被測材料的線膨脹系數(shù)的不起的；二是由電阻絲與被測材料的線膨脹系數(shù)的不同引起的。同引起的。實際中常用的補償方法有兩種實際中常用的補償方法有兩種1)1)橋路補償法橋路補償法. .用于常溫下的測量用于常溫下的測量2)2)使用溫度有補償應變片，用于高溫下的測量。使用溫度有補償應變片，用于高溫下的測量。5.8 5.8 電阻應變片的選用和粘貼電阻應變片的選用和粘貼 應變計的粘貼工藝對于傳感器的精度起著關鍵作應變計的粘貼工藝對于傳感器的精度起著關鍵作用。應變計通常是用粘合劑貼到試件上的用。應變計通常是用粘合劑貼到試件上的, , 在做應在做應變測量時變測量時, , 是通過粘合劑所形成的膠層將試件上

29、的是通過粘合劑所形成的膠層將試件上的應變準確無誤地傳遞到應變計的敏感柵上去的。因應變準確無誤地傳遞到應變計的敏感柵上去的。因此此, , 粘合劑的選擇和粘貼質量的好壞直接關系到應粘合劑的選擇和粘貼質量的好壞直接關系到應變計的工作情況變計的工作情況, , 影響測量結果的正確性。所以影響測量結果的正確性。所以, , 應變計粘合劑不但要求粘接力強應變計粘合劑不但要求粘接力強, , 而且要求粘合層而且要求粘合層的剪切彈性模量大的剪切彈性模量大, , 能真實地傳遞試件的應變。另能真實地傳遞試件的應變。另外外, , 粘合層應有高的絕緣電阻、良好的防潮性防油粘合層應有高的絕緣電阻、良好的防潮性防油性能以及使用

30、簡便等特點。性能以及使用簡便等特點。 對粘合劑有如下要求對粘合劑有如下要求: : (1) (1) 有一定的粘結強度。有一定的粘結強度。(2) (2) 能準確傳遞應變。能準確傳遞應變。(3) (3) 蠕變小。蠕變小。(4) (4) 機械滯后小。機械滯后小。(5) (5) 耐疲勞性能好。耐疲勞性能好。 (6) (6) 具有足夠的穩(wěn)定性能。具有足夠的穩(wěn)定性能。(7) (7) 對彈性元件和應變計不產(chǎn)生化學腐蝕作用。對彈性元件和應變計不產(chǎn)生化學腐蝕作用。(8) (8) 有適當?shù)膬Υ嫫?。有適當?shù)膬Υ嫫凇?9) (9) 應有較大的溫度使用范圍。應有較大的溫度使用范圍。1 1、電橋的特點、電橋的特點當四個橋臂

31、電阻達到某一關系時，電橋輸出為零，通當四個橋臂電阻達到某一關系時，電橋輸出為零，通過檢流計來測量，可測微小的電阻變化。過檢流計來測量，可測微小的電阻變化。URRRRRRRRUUUACBC)(4321423104231RRRRU0R1R2R3R4ABCDU平衡時：平衡時：測量前應調零，使輸出值只測量前應調零，使輸出值只與電阻的應變相關與電阻的應變相關5.9 5.9 電阻應變傳感器的測量電路電阻應變傳感器的測量電路URRRRRRRRRRRRU)()(443322112212102 2、工作原理：、工作原理：條件：條件： 電橋負載電阻無窮大，電橋負載電阻無窮大，R Ri i R Ri i 有：有：1

32、 1）對稱情況：）對稱情況： R R1 1為應變片并且為應變片并且 R R1 1 = R = R2 2 ，R R3 3 = R = R4 4 則：則：KURRURRRRRRRRUU44)(411443322110應變前相等應變前相等2 2）非對稱情況：）非對稱情況：R R1 1 = R = R4 4，R R2 2 = R = R3 3如令如令 ：R R2 2 / R / R1 1 = R = R3 3 / R / R4 4 = =則：則：12412441124433221120)1 (4)()1 (2)()1 (2)()1 (2KUKURRRRURRRRRRRRUUR1R2R3R4ABCDUU

33、0但若采用：但若采用：R R1 1 = R= R2 2 = R = R3 3 = R = R4 4 R R1 1為拉應變片為拉應變片R R2 2 為壓應變片為壓應變片則：則：12122114433221102)(4)(4)(4KUKURRRRURRRRRRRRUU靈敏度為單臂靈敏度為單臂電橋的電橋的2 2倍倍R1R2R3R4ABCDUU03 3）全對稱情況：）全對稱情況：R R1 1 = R = R2 2 = R = R3 3 = R = R4 4 均為應變片均為應變片 RRi i / R / Ri i =K=Ki i 則：則：143210)(4UKUKU靈敏度為單臂靈敏度為單臂電橋的電橋的4

34、 4倍倍R1R2R3R4ABCDUU0結論：結論：差動電橋靈敏度高，無非線性誤差，并有溫度補差動電橋靈敏度高，無非線性誤差，并有溫度補償作用。償作用。電橋靈敏度正比于電橋供電電壓，但提高電壓受電橋靈敏度正比于電橋供電電壓，但提高電壓受到應變片允許功率的限制。采用高內(nèi)阻的恒流源供到應變片允許功率的限制。采用高內(nèi)阻的恒流源供電電橋可減少非線性誤差。電電橋可減少非線性誤差。3.3.溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償1 1）溫度誤差產(chǎn)生的原因）溫度誤差產(chǎn)生的原因把應變計安裝在自由膨脹的試件上把應變計安裝在自由膨脹的試件上, , 即使試件不即使試件不受任何外力作用受任何外力作用, , 如果環(huán)境溫度發(fā)生變化

35、如果環(huán)境溫度發(fā)生變化, , 應變計應變計的電阻也將發(fā)生變化。的電阻也將發(fā)生變化。 這種變化疊加在測量結果這種變化疊加在測量結果中將產(chǎn)生很大誤差。這種由于環(huán)境溫度改變而帶來中將產(chǎn)生很大誤差。這種由于環(huán)境溫度改變而帶來的誤差的誤差, , 稱為應變計的溫度誤差稱為應變計的溫度誤差, , 又稱熱輸出。又稱熱輸出。 v產(chǎn)生溫度誤差的原因有二產(chǎn)生溫度誤差的原因有二: : 敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。試件材料與應變絲材料的線膨脹系數(shù)不一試件材料與應變絲材料的線膨脹系數(shù)不一, , 使應使應變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。2 2）電

36、阻應變片的補償）電阻應變片的補償實際工作中，由于溫度變化所引起的熱輸出較大，實際工作中，由于溫度變化所引起的熱輸出較大，所以必須采取措施以減少或消除溫度變化的影響，所以必須采取措施以減少或消除溫度變化的影響，即必須進行溫度補償。同時，溫度變化也影響零點即必須進行溫度補償。同時，溫度變化也影響零點和靈敏度。電橋平衡時，各橋臂應變片的電阻總會和靈敏度。電橋平衡時，各橋臂應變片的電阻總會有一定偏差，電橋總有一定的輸出，也需補償，另有一定偏差，電橋總有一定的輸出，也需補償，另外非線性也需補償。外非線性也需補償。 a.a.熱輸出補償熱輸出補償熱輸出補償?shù)膬煞N方法是應變片溫度自補償法和熱輸出補償?shù)膬煞N方法

37、是應變片溫度自補償法和橋路補償法。橋路補償法。i.i. 應變片溫度自補償法是通過精心選配敏感柵材與應變片溫度自補償法是通過精心選配敏感柵材與結構參數(shù)來實現(xiàn)熱輸出補償?shù)?。實際使用應變片結構參數(shù)來實現(xiàn)熱輸出補償?shù)?。實際使用應變片時，主要根據(jù)試件材料來選擇帶溫度自補償?shù)膽獣r，主要根據(jù)試件材料來選擇帶溫度自補償?shù)膽兤Ｑa償方法有：變片。補償方法有： 單絲自補償法單絲自補償法 雙絲自補償法雙絲自補償法ii.ii.橋路補償法是利用電橋的和、差原理實現(xiàn)溫度誤橋路補償法是利用電橋的和、差原理實現(xiàn)溫度誤差的補償，補償方法有：差的補償，補償方法有： 補償片法補償片法 差動補償法差動補償法 熱敏電阻補償法。熱敏電

38、阻補償法。補償片法補償片法選取型號和特性完全選取型號和特性完全相同相同( (靈敏系數(shù)、電阻靈敏系數(shù)、電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)相同相同) )的兩只應變片，的兩只應變片，一只粘貼在被測試件上一只粘貼在被測試件上作為工作片，另一只粘作為工作片，另一只粘貼在與被測試件的結構貼在與被測試件的結構和材料相同而不受應力和材料相同而不受應力的補償塊上，作補償片，的補償塊上，作補償片，并使補償塊與被測試件并使補償塊與被測試件處于相同溫度環(huán)境下。處于相同溫度環(huán)境下。圖圖5 57 7 利用補償應變片利用補償應變片 進行溫度補償進行溫度補償設工作片為設工作片為R Rl l，補償片為，補償片為R R

39、2 2，它們分別接入相鄰橋臂，它們分別接入相鄰橋臂，組成臥式電橋，如圖組成臥式電橋，如圖5-75-7所所示。示。由于兩只應變片所受環(huán)境溫度相同，工作片和補償片由于兩只應變片所受環(huán)境溫度相同，工作片和補償片產(chǎn)生的熱輸出產(chǎn)生的熱輸出( (熱應變熱應變) )相等。當被測試件受力為相等。當被測試件受力為F F，并，并有溫度變化有溫度變化t t時，工作片電阻由原來的時，工作片電阻由原來的R Rl l變?yōu)樽優(yōu)镽R1 1，即即tFRRRR1111而補償片的電阻值由原來的而補償片的電阻值由原來的R R2 2變?yōu)樽優(yōu)镽R2 2，即即tRRR222式中式中R RlFlF是由于受力引起的電阻變化，則是由于受力引起的

40、電阻變化，則)()(432142310RRRRURRRRuiiURRRRu)(2)(212104/4)22(21110iiFitFFUkURRURRRRu可見，電壓輸出中溫度變化所產(chǎn)生的熱輸出已經(jīng)消除?？梢?，電壓輸出中溫度變化所產(chǎn)生的熱輸出已經(jīng)消除。把把RR1 1 ，RR2 2 ，R R1 1=R=R2 2=R, =R, R RlTlT = = R R2T 2T = = R RT T 代代入上式得入上式得 式中式中R R3 3，R R4 4為平衡電阻，是固定值，而為平衡電阻，是固定值，而R R3 3=R=R4 4=R=R0 0，所以所以差動補償法差動補償法有時根據(jù)被測試件的應變情況有時根據(jù)被測

41、試件的應變情況, , 亦可不專門設補亦可不專門設補償件償件, , 而將補償片亦貼在被測試件上而將補償片亦貼在被測試件上, , 使其既能起使其既能起到溫度補償作用到溫度補償作用, , 又能提高靈敏度。又能提高靈敏度?！纠纭繕嫾骷儚澢巫儠r【例如】構件作純彎曲形變時, , 構件面上部的應變構件面上部的應變?yōu)槔瓚優(yōu)槔瓚? , 下部為壓應變下部為壓應變, , 且兩者絕對值相等符號且兩者絕對值相等符號相反。相反。 測量時可將測量時可將R R貼在被測試件的下面，接入貼在被測試件的下面，接入電橋中。電橋中。 由于在外力矩由于在外力矩M M作用下作用下, , R RB B與與R R1 1的變化值的變化

42、值大小相等符號相反大小相等符號相反, , 電橋的輸出電壓增加一倍。此電橋的輸出電壓增加一倍。此時時R RB B既起到了溫度補償作用既起到了溫度補償作用, , 又提高了靈敏度又提高了靈敏度, , 而而且可補償非線性誤差。且可補償非線性誤差。RRUR1UscRBR1FFRBR1RBMM熱敏電阻補償法熱敏電阻補償法如圖所示，電路輸出電如圖所示，電路輸出電壓為：壓為：RRRRURRRRRRRRUtt432132410溫度升高時，溫度升高時，R1R1阻值將阻值將升高，如果不加熱敏電升高，如果不加熱敏電阻，則輸出會升高。阻，則輸出會升高。432132410URRRRRRRRU加入熱敏電阻時，熱敏加入熱敏電

43、阻時，熱敏電阻也升高，則電阻也升高，則UU會降會降低，則低，則U U也會降低。也會降低。tttRRRURRRRUU1)1000/(4UURRz（b b）傳感器電路補償）傳感器電路補償要保持傳感器長期穩(wěn)定、精確地工作，需進行電路要保持傳感器長期穩(wěn)定、精確地工作，需進行電路補償。如圖補償。如圖5 58 8所示為典型傳感器電路。圖中所示為典型傳感器電路。圖中R Rz z為初為初始不平衡輸出補償串聯(lián)電阻。其材料一般用電阻率、始不平衡輸出補償串聯(lián)電阻。其材料一般用電阻率、電阻溫度系數(shù)和應變靈敏系數(shù)都低的錳銅或康銅絲，電阻溫度系數(shù)和應變靈敏系數(shù)都低的錳銅或康銅絲，其值可按下式計算：其值可按下式計算：圖圖5

44、8 典型傳感器電路典型傳感器電路 R Rz z通常為通常為11左右。左右。 R Rt t用于零點漂移補償。零點漂用于零點漂移補償。零點漂移指不受載荷時，當溫度變化電橋就有輸出。移指不受載荷時，當溫度變化電橋就有輸出。 R Rt t值通常也是值通常也是11左右。左右。加于電源兩端的兩個加于電源兩端的兩個R RE E/2/2用于輸出靈敏度漂移補償，用于輸出靈敏度漂移補償，其值根據(jù)彈性元件材料與補償電阻材料來選取。其值根據(jù)彈性元件材料與補償電阻材料來選取。串接于電源兩端的兩個串接于電源兩端的兩個R RS S/2/2用于輸出靈敏度調整，用于輸出靈敏度調整，它采用電阻溫度系數(shù)小的材料制成，其值可由下式它

45、采用電阻溫度系數(shù)小的材料制成，其值可由下式確定，一般為幾千歐姆。確定，一般為幾千歐姆。LLLESLkRRRR/)(4 4、測量電路、測量電路對于應變片組成的測量電橋，通常其輸出電信號對于應變片組成的測量電橋，通常其輸出電信號還是較弱，還須進一步放大。還是較弱，還須進一步放大。1 1）直流電橋）直流電橋構成的測量電路框圖如圖構成的測量電路框圖如圖5 59 9所示。所示。2 2）交流電橋）交流電橋構成的測量電路框圖如圖構成的測量電路框圖如圖5 51010所示。其工作原理是：所示。其工作原理是：當試件受力變形時，應變片即產(chǎn)生電阻變化，改變來當試件受力變形時，應變片即產(chǎn)生電阻變化，改變來自振蕩器的載波

46、的振幅大小，也即調幅，將調幅波經(jīng)自振蕩器的載波的振幅大小，也即調幅，將調幅波經(jīng)放大后由相敏檢波器將調幅波的幅值變化波形取出來，放大后由相敏檢波器將調幅波的幅值變化波形取出來，也即解調。經(jīng)低通濾波后得到反映被測應變大小、方也即解調。經(jīng)低通濾波后得到反映被測應變大小、方向（符號）的電壓信號。向（符號）的電壓信號。5.10 5.10 半導體應變片半導體應變片圖圖5 511 11 半導體應變片半導體應變片(a)(a)體型（粘貼式）；體型（粘貼式）；(b)(b)薄膜型；薄膜型；(c)(c)擴散型擴散型根據(jù)其制造工藝及安裝方法不同，分為體型、薄膜型、擴散根據(jù)其制造工藝及安裝方法不同，分為體型、薄膜型、擴散

47、型。型。1.1.體型半導體應變片體型半導體應變片它是一種粘貼式應變片，如圖它是一種粘貼式應變片，如圖5-11(a)5-11(a)所示。因此所使用的所示。因此所使用的粘貼技術與金屬應變片相同，但半導體應變片較脆、易損壞。粘貼技術與金屬應變片相同，但半導體應變片較脆、易損壞。體型半導體應變片又分為一般型、溫度自補型、靈敏度補償體型半導體應變片又分為一般型、溫度自補型、靈敏度補償型、高阻型、超線性型、型、高阻型、超線性型、P P一一N N組合型等不同特點的應變片。組合型等不同特點的應變片。2.2.薄膜型半導體應變片薄膜型半導體應變片它是利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶絕緣層的它是利用真空沉積技術

48、將半導體材料沉積在帶絕緣層的基底上制成的。結構如圖基底上制成的。結構如圖5-11(b)5-11(b)所示。其靈敏系數(shù)、溫所示。其靈敏系數(shù)、溫度系數(shù)與電阻溫度系數(shù)較其他類型半導體應變片低，使度系數(shù)與電阻溫度系數(shù)較其他類型半導體應變片低，使用溫度范圍為用溫度范圍為-150-150一一2OO2OO。它也是粘貼式應變片。它也是粘貼式應變片。3.3.擴散型半導體應變片擴散型半導體應變片它是在半導體材料硅的基片上用集成電路工藝制成擴散它是在半導體材料硅的基片上用集成電路工藝制成擴散電阻構成的，結構如圖電阻構成的，結構如圖5-11(c)5-11(c)所示。其特點是穩(wěn)定性好、所示。其特點是穩(wěn)定性好、機械滯后、

49、蠕變小。但其線性度較金屬與體型的差，靈機械滯后、蠕變小。但其線性度較金屬與體型的差，靈敏系數(shù)、溫度系數(shù)與體型相同，都較金屬和薄膜型大。敏系數(shù)、溫度系數(shù)與體型相同，都較金屬和薄膜型大。4 4半導體應變片的特性半導體應變片的特性(1)(1)線性度線性度半導體應變片在幾百微應變范圍內(nèi)輸出輸入特性呈線性半導體應變片在幾百微應變范圍內(nèi)輸出輸入特性呈線性關系，超出此范圍則為非線性。關系，超出此范圍則為非線性。P P型硅的線性范圍較型硅的線性范圍較N N型型硅的大，它在拉伸時比壓縮時線性好。硅的大，它在拉伸時比壓縮時線性好。N N型硅的壓應變線型硅的壓應變線性較其拉應變好。采用性較其拉應變好。采用P P、N

50、 N型并聯(lián)的雙元件應變片，可型并聯(lián)的雙元件應變片，可改善其非線性，也可用其他非線性補償方法。改善其非線性，也可用其他非線性補償方法。(2)(2)電阻溫度特性電阻溫度特性其電阻溫度系數(shù)較金屬應變片大其電阻溫度系數(shù)較金屬應變片大1 12 2個數(shù)量級，須用溫個數(shù)量級，須用溫度補償。度補償。(3)(3)靈敏度溫度特性靈敏度溫度特性半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬應變片的大許多，但其半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬應變片的大許多，但其靈敏系數(shù)在溫度變化時變化也相對大，因此溫度變化時靈敏系數(shù)在溫度變化時變化也相對大，因此溫度變化時要給予補償。要給予補償。5.5.溫度補償和非線性補償溫度補償和非線性補償(1)(1)

51、溫度補償溫度補償采用電橋電路補償采用電橋電路補償: :用同型號、同溫度特性的兩片或四用同型號、同溫度特性的兩片或四片接成差動半橋或全橋工作，則可提高靈敏度，減小或片接成差動半橋或全橋工作，則可提高靈敏度，減小或消除溫度誤差。消除溫度誤差。采用熱敏電阻補償采用熱敏電阻補償: :在轉換電橋的電源輸入回路中串入在轉換電橋的電源輸入回路中串入負溫度系數(shù)熱敏電阻，可實現(xiàn)靈敏系數(shù)溫度補償。負溫度系數(shù)熱敏電阻，可實現(xiàn)靈敏系數(shù)溫度補償。使用使用P P一一N N組合型半導體應變片組合型半導體應變片: :將將P P型和型和N N型應變片粘貼型應變片粘貼在彈性敏感元件上，組成同一力方向上電橋相鄰兩臂，在彈性敏感元件

52、上，組成同一力方向上電橋相鄰兩臂，當溫度變化時，它們的電阻變化率符號相反，大小相等，當溫度變化時，它們的電阻變化率符號相反，大小相等，則可實現(xiàn)溫度補償。則可實現(xiàn)溫度補償。(2)(2)非線性補償非線性補償半導體應變片在大應變時非線性嚴重，需作補償。利半導體應變片在大應變時非線性嚴重，需作補償。利用預應力補償用預應力補償: :高于工作溫度下粘貼高于工作溫度下粘貼N N型應變片于較高膨型應變片于較高膨脹系數(shù)的彈性元件上，冷卻后相當于受預壓力，使應變脹系數(shù)的彈性元件上，冷卻后相當于受預壓力，使應變片線性范圍增加。片線性范圍增加。利用利用P P一一N N組合型補償組合型補償:P:P型和型和N N型應變片

53、的靈敏系數(shù)非線型應變片的靈敏系數(shù)非線性方向相反，組合后則可減小非線性誤差。性方向相反，組合后則可減小非線性誤差。 5.11 5.11 電阻應變片式傳感器的應用電阻應變片式傳感器的應用1.1.電阻應變式傳感器應用特點電阻應變式傳感器應用特點電阻應變片有兩方面的應用電阻應變片有兩方面的應用: :作為敏感元件，直接作為敏感元件，直接用于被測試件的應變測量用于被測試件的應變測量; ;作為轉換元件，通過彈性作為轉換元件，通過彈性元件構成傳感器，用以對任何能轉換成彈性元件應變元件構成傳感器，用以對任何能轉換成彈性元件應變的其他物理量的間接測量。的其他物理量的間接測量。應變片式傳感器有如下特點應變片式傳感器

54、有如下特點: :應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器。器。分辨力和靈敏度高，精度較高。分辨力和靈敏度高，精度較高。結構輕小，對試件影響小，對復雜環(huán)境適應性強，結構輕小，對試件影響小，對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。應好。商品化，選用方便。便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。商品化，選用方便。便于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。F被測力，被測力，N；E彈性模量，彈性模量，N/m2A柱形截面積，柱形截面積，m2圖圖5 512 12 柱形彈性元件測力傳感器柱形彈性元件測力傳感器

55、2.2.測力傳感器測力傳感器應變片式傳感器的最大用武之地是稱重和測力領域。測力應變片式傳感器的最大用武之地是稱重和測力領域。測力傳感器由應變片、彈性元件和一些附件組成。視彈性元件傳感器由應變片、彈性元件和一些附件組成。視彈性元件結構形式和受載性質不同有許多種類。結構形式和受載性質不同有許多種類。(1)(1)柱筒形彈性元件式測力傳感器柱筒形彈性元件式測力傳感器應變片布片和電橋連接如圖應變片布片和電橋連接如圖5-125-12所示。其彈性元件應變值所示。其彈性元件應變值為為:=F/AE:=F/AE。圖中。圖中R Rl l、R R3 3為工作應變片，為工作應變片，R R2 2、R R4 4為補償片。為

56、補償片。輸出電壓為：輸出電壓為：U U0 0=k(1+=k(1+)U)Ui iF F/(2AE) /(2AE) 該傳感器適用于較大載荷的拉該傳感器適用于較大載荷的拉( (壓壓) )力和稱重測量。力和稱重測量。圖圖513 懸臂梁式測力傳感器懸臂梁式測力傳感器(2)(2)懸臂梁式測力傳感器懸臂梁式測力傳感器應變片布片和電橋連接如圖應變片布片和電橋連接如圖5-5-1313所示。其彈性元件應變值為：所示。其彈性元件應變值為：=6Fl/(Ebh=6Fl/(Ebh2 2) )。圖中。圖中R Rl l、R R2 2、R R3 3、R R4 4既作工作應變片又作為補償片。既作工作應變片又作為補償片。輸出電壓為

57、：輸出電壓為： U U0 0=6klU=6klUi iF/(EbhF/(Ebh2 2) ) 該傳感器適用于小載荷測量該傳感器適用于小載荷測量 (1(1一一10103 3) )N N。梁式傳感器外形梁式傳感器外形(3)(3)位移傳感器位移傳感器應變式線位移傳感器典型結構原理與圖應變式線位移傳感器典型結構原理與圖5-135-13相同。相同。當被測體產(chǎn)生位移時，梁隨之產(chǎn)生與位移相等的撓當被測體產(chǎn)生位移時，梁隨之產(chǎn)生與位移相等的撓度，因而應變片產(chǎn)生相應的應變。小撓度下，撓度度，因而應變片產(chǎn)生相應的應變。小撓度下，撓度與應變成正比。與應變成正比。3.3.其他應變式傳感器其他應變式傳感器除上述主要應變式傳

58、感器外，還可構成其他應變除上述主要應變式傳感器外，還可構成其他應變式傳感器。如由質量塊與彈性元件的作用，可將被式傳感器。如由質量塊與彈性元件的作用，可將被測加速度轉換成彈性應變，從而構成應變式加速度測加速度轉換成彈性應變，從而構成應變式加速度傳感器。傳感器。圖圖5 514 14 應變計傳感器應用應變計傳感器應用4.4.應用示例應用示例 ( (基本應用。平面膜片式壓力傳感器基本應用。平面膜片式壓力傳感器) )（1 1）應變片連接成全等臂橋，且）應變片連接成全等臂橋，且R Rl l=R=R3 3=R+=R+R,R,R R2 2=R=R4 4=R=RR R，如圖，如圖5-145-14所示。應變片的所

59、示。應變片的k=2.0k=2.0。膜片。膜片允許最大應變允許最大應變=800=800,對應壓力為對應壓力為1010OkPaOkPa，電橋電，電橋電壓壓U Ui i為為5V5V。求最大應變時測量電路輸出的電壓。求最大應變時測量電路輸出的電壓U U0 0? ?當輸當輸出電壓出電壓U U0 0=3.2V=3.2V時，所測壓力為多少時，所測壓力為多少?A4?A4的作用是什么的作用是什么? ? iiUkRRUU/0解：該例為恒壓源供電，且為全橋差動工作形式，則電解：該例為恒壓源供電，且為全橋差動工作形式，則電橋輸出為：橋輸出為： 電橋輸出電壓靈敏度電橋輸出電壓靈敏度UU0 0/U/Ui i=k=2.0=

60、k=2.08008001010-6-61.6mV/U1.6mV/Ui i ，該值對應著標準壓力，該值對應著標準壓力 (10(10OkPaOkPa) )時對每時對每lVlV供橋供橋電壓電壓U Ui i，UU0 0為為1.6mV1.6mV。所以。所以 UU0 0 =1.6mV/U=1.6mV/Ui i5V=8(mV)5V=8(mV) 電路中，電路中，AlAl、A2A2、A3A3運放組成同相輸入并串聯(lián)差動運放組成同相輸入并串聯(lián)差動放大器，放大倍數(shù)為：放大器，放大倍數(shù)為：625102041.1281000)2020(1 )1 (521RRRRRKfhffF 則最大應變時電路輸出端電壓為：則最大應變時電