電阻應變傳感器

1、每課一新傳感器介紹每課一新傳感器介紹美研制美研制“武士武士”傳感器傳感器美國陸軍正在研制一種可嵌入未來美國陸軍正在研制一種可嵌入未來“武士武士”軍軍服內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，指揮官和醫(yī)護人員可通過這個服內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，指揮官和醫(yī)護人員可通過這個系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測“武士武士”們的生理狀態(tài)。該項研究將產(chǎn)生們的生理狀態(tài)。該項研究將產(chǎn)生下一代戰(zhàn)斗軍服，內(nèi)嵌有可配置的微型無線傳感器下一代戰(zhàn)斗軍服，內(nèi)嵌有可配置的微型無線傳感器群。目前的試驗傳感器可監(jiān)測心跳、步行（行軍）群。目前的試驗傳感器可監(jiān)測心跳、步行（行軍）的代謝能量消耗、內(nèi)層皮膚溫度以及靈敏或遲鈍情的代謝能量消耗、內(nèi)層皮膚溫度以及靈敏或遲鈍情況。未來的傳感器

2、將把數(shù)據(jù)傳送到一個中央集線器況。未來的傳感器將把數(shù)據(jù)傳送到一個中央集線器設備，該設備做成呼機大小，佩帶在士兵皮帶上，設備，該設備做成呼機大小，佩帶在士兵皮帶上，形成一個低功率的無線個人局域網(wǎng)。傳感器的數(shù)據(jù)形成一個低功率的無線個人局域網(wǎng)。傳感器的數(shù)據(jù)提供關于士兵體力消耗、生理壓力和警覺程度等的提供關于士兵體力消耗、生理壓力和警覺程度等的信息。信息。 電阻應變式傳感器概述電阻應變式傳感器概述v工作原理：金屬絲、箔、薄膜在外界應力工作原理：金屬絲、箔、薄膜在外界應力 作用下電作用下電阻值變化的效應阻值變化的效應電阻應變效應電阻應變效應v結構簡單，使用方便結構簡單，使用方便v可測力、壓力、位移、應變、

3、加速度等物理量；可測力、壓力、位移、應變、加速度等物理量；彈性彈性敏感敏感元件元件力、壓力、壓力、位力、位移移電阻電阻應變應變片片電橋電橋電路電路RUv易于實現(xiàn)自動化、多點及遠距離測量、遙測；易于實現(xiàn)自動化、多點及遠距離測量、遙測；v靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量；靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量；應變片用于各種電子衡器應變片用于各種電子衡器 磅秤磅秤電子天平電子天平材料應變的測量材料應變的測量斜拉橋上的斜拉斜拉橋上的斜拉繩應變測試繩應變測試 汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)稱重系統(tǒng)汽車衡汽車衡2.1 2.1 電阻應變片的工作原理電阻應變片的工作原理金屬的電阻應變效應金屬的電阻應變效應

4、金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形的大小而發(fā)生相應的變金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形的大小而發(fā)生相應的變化的現(xiàn)象稱為金屬的化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應變效應電阻應變效應。金屬絲受拉時，金屬絲受拉時，l變長、變長、r變小，導致變小，導致R變大變大 。lRS應變電阻傳感測量原理應變電阻傳感測量原理應變片應變片產(chǎn)生微小變形產(chǎn)生微小變形電阻值變化電阻值變化RSxd RKR測得應變值測得應變值求得應力值求得應力值xxE外力外力F FFA電阻電阻絲絲應變片應變片半導體應變片半導體應變片電阻絲電阻絲( (敏感柵敏感柵)轉換元件轉換元件基底與面膠基底與面膠中間介質(zhì)和絕緣作用中間介質(zhì)和絕緣作用蓋層蓋層引線引線-連接

5、測量導線之用連接測量導線之用SRR 上式S為常數(shù)，通常很小，為了得到較大的R，就必須增大R值。金屬絲的電阻：金屬絲的電阻： ALRdRdAARdLLRdRdALdAARdLAdRdLdLLdLAdAdAdALdLRdR)1 (電阻相對變化：2lldRdldsdsssdRdldsdRlsdll金屬絲的軸向應變；金屬絲的軸向應變；rdrr金屬絲的徑向應變金屬絲的徑向應變（ dS /S=2dr/r） ； 泊松系數(shù)；(Poisson ratio)r 電阻相對變化：(12 )dRdR 12SdRdKR令：令：在金屬絲的彈性范圍內(nèi)，靈敏系數(shù)在金屬絲的彈性范圍內(nèi)，靈敏系數(shù)K KS S 為常數(shù)，即為常數(shù)，即

6、： sRKR線性關系線性關系通常很小，常用通常很小，常用1010-6-6表示之。例如，當表示之。例如，當 為為0.0000010.000001時，在工程中時，在工程中常表示為常表示為1 1 1010-6-6或或 m/mm/m。在應變測量中，也常將之稱為微應變。在應變測量中，也常將之稱為微應變()()。對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應變最好不對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應變最好不要大于要大于1 1 10-310-3，即，即10001000 m/mm/m，否則有可能超過材料的極限強度而導，否則有可能超過材料的極限強度而導致斷裂。致斷裂。xdK/21xKRdRK的大小受兩個因素

7、影響：一是1+2u，由電阻絲尺寸決定的；另一個是 ，它表示為電阻率隨應變的變化，稱為壓阻效應。xd/K是個常數(shù)，數(shù)值在1.62.0之間。x是一個無量綱的數(shù)，其值很小，常用微應變u來表示。一個u相當于長度為1m的試件變形1um。1um=1*10-6.1.電阻絲式應變片電阻絲式應變片 (bonded metal-wire gage) 直徑在直徑在0.0120.05mm的金屬絲的金屬絲；2.金屬箔式應變片金屬箔式應變片(bonded metal-foil gage)厚度在厚度在0.0010.01mm的金屬箔；的金屬箔；箔式應變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等箔式應變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕

8、等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的好的銅鎳合金銅鎳合金。箔式應變片與片基的接觸面積大。箔式應變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對金屬箔式應變片進行適當?shù)臒崽幚?，使其線脹系金屬箔式應變片進行適當?shù)臒崽幚恚蛊渚€脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣

9、泛用于各種應變式傳感器中。度，目前廣泛用于各種應變式傳感器中。2.2.3 2.2.3 應變片的材料應變片的材料1.1.敏感柵材料敏感柵材料 對敏感柵的材料的要求：對敏感柵的材料的要求：應變靈敏系數(shù)大，并在所測應變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；應變靈敏系數(shù)大，并在所測應變范圍內(nèi)保持為常數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應變片；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應變片；電阻溫度系數(shù)要??；電阻溫度系數(shù)要??；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強； 在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度； 加工性能良好加工性能良好, ,易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于拉制成絲

10、或軋壓成箔材； 易于焊接，對引線材料的熱電勢小。易于焊接，對引線材料的熱電勢小。 常用材料有：康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、鉑、常用材料有：康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、鉑、鉑鎢合金等，如下表。鉑鎢合金等，如下表。 基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置，蓋片既保持基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護敏感柵?；椎娜L稱敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可保護敏感柵?；椎娜L稱為基底長，其寬度稱為基底寬。為基底長，其寬度稱為基底寬。 基底材料有紙基和膠基。膠基由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺等基底材料有紙基和膠基

11、。膠基由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚酰亞胺等制成膠膜，厚度約制成膠膜，厚度約0.030.05mm2.2.基底材料基底材料3.3.黏合劑材料黏合劑材料 用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應變片時，也需用粘結劑將應變片基底粘貼在構件表面某個用金屬應變片時，也需用粘結劑將應變片基底粘貼在構件表面某個方向和位置上。以便將構件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底方向和位置上。以便將構件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底和敏感柵。和敏感柵。 常用的粘結劑分為有機和無機兩大類。有機粘結劑用于低溫、常常用的粘結劑分為有機和無機兩大類。有機

12、粘結劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。胺等。無機粘結劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。4.4.引線材料引線材料是從應變片的敏感柵中引出的細金屬線。對引線材料的性能要求：是從應變片的敏感柵中引出的細金屬線。對引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。敏感柵材料都可制作引線。2.32.3應變片的主要參數(shù)應變片的主要參數(shù)1.1

13、.應變片電阻值（應變片電阻值（R R0 0）電阻應變片的電阻值為電阻應變片的電阻值為6060、120120、350350，500500和和10001000 等等多種規(guī)格，以多種規(guī)格，以120120最為常用。最為常用。應變片的電阻值越大，允許的工作電壓就大，傳感器的輸出電壓應變片的電阻值越大，允許的工作電壓就大，傳感器的輸出電壓也大，相應地應變片的尺寸也要增大，在條件許可的情況下，應也大，相應地應變片的尺寸也要增大，在條件許可的情況下，應盡量選用高阻值應變片。盡量選用高阻值應變片。2.2.絕緣電阻絕緣電阻( (敏感柵與基底間電阻值：要求敏感柵與基底間電阻值：要求10101010歐姆；歐姆； K

14、K為金屬應變片的靈敏系數(shù)。注意，為金屬應變片的靈敏系數(shù)。注意，K K是在試件受一維應力作用，是在試件受一維應力作用，應變片的軸向與主應力方向一致，且試件材料的泊松比為應變片的軸向與主應力方向一致，且試件材料的泊松比為0.2850.285的的鋼材時測得的。測量結果表明，應變片的靈敏系數(shù)鋼材時測得的。測量結果表明，應變片的靈敏系數(shù)K K恒小于線材的恒小于線材的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K KS S。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應也是一個不可忽。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應也是一個不可忽視的因素。視的因素。 3.3.應變片的靈敏系數(shù)（應變片的靈敏系數(shù)（K K）金屬應變絲的電阻相對變化與它所感受的應變之間

15、具有線性關系，金屬應變絲的電阻相對變化與它所感受的應變之間具有線性關系，用靈敏度系數(shù)用靈敏度系數(shù)K KS S表示。當金屬絲做成應變片后，其電阻表示。當金屬絲做成應變片后，其電阻應變特性，應變特性，與與金屬單絲情況不同金屬單絲情況不同。因此，須用實驗方法對應變片的電阻。因此，須用實驗方法對應變片的電阻應變應變特性重新測定。實驗表明，特性重新測定。實驗表明，金屬應變片的電阻相對變化與應變金屬應變片的電阻相對變化與應變在在很寬的范圍內(nèi)均為線性關系。即很寬的范圍內(nèi)均為線性關系。即KRRRRK4.4.機械滯后機械滯后 應變片粘貼在被測試件上，當溫度恒定時，其加載特性與卸載應變片粘貼在被測試件上，當溫度恒

16、定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為特性不重合，即為機械滯后機械滯后。產(chǎn)生原因：應變片在承受機械應變后，其內(nèi)部會產(chǎn)生殘余變形，產(chǎn)生原因：應變片在承受機械應變后，其內(nèi)部會產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應變片時，如果使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應變片時，如果敏感柵受到不適當?shù)淖冃位蛘哒辰Y劑固化不充分。敏感柵受到不適當?shù)淖冃位蛘哒辰Y劑固化不充分。1機械應變卸載加載指示應變i應變片的機械滯后 機械滯后值還與應變片所承機械滯后值還與應變片所承受的應變量有關，加載時的機械受的應變量有關，加載時的機械應變愈大，卸載時的滯后也愈大。應變愈大，卸載時的滯后也愈大。所

17、以，通常在實驗之前應將試件所以，通常在實驗之前應將試件預先加、卸載若干次，以減少因預先加、卸載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。 對于粘貼好的應變片，當溫度恒定時，不承受應變時，其電阻對于粘貼好的應變片，當溫度恒定時，不承受應變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應變片的值隨時間增加而變化的特性，稱為應變片的零點漂移。零點漂移。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：敏感柵通電后的溫度效應；應變片的內(nèi)應力逐漸變敏感柵通電后的溫度效應；應變片的內(nèi)應力逐漸變化；粘結劑固化不充分等。化；粘結劑固化不充分等。5.5.零漂和蠕變零漂和蠕變?nèi)绻谝欢囟认?，使應變片承受恒定的機械應變，其電

18、阻值隨如果在一定溫度下，使應變片承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為時間增加而變化的特性稱為蠕變?nèi)渥?。一般蠕。一般蠕變的方向與原應變量的的方向與原應變量的方向相反。方向相反。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：由于膠層之間發(fā)生由于膠層之間發(fā)生“滑動滑動”，使力傳到敏感柵的應變，使力傳到敏感柵的應變量逐漸減少。量逐漸減少。這是兩項衡量應變片特性對時間穩(wěn)定性的指標，在長時間測量中這是兩項衡量應變片特性對時間穩(wěn)定性的指標，在長時間測量中其意義更為突出。實際上，蠕變中包含零漂，它是一個特例。其意義更為突出。實際上，蠕變中包含零漂，它是一個特例。6.6.應變極限、疲勞壽命應變極限、疲勞壽命 在一定溫度下

19、，應變片的指示應變對測試值的真實應變的相對誤在一定溫度下，應變片的指示應變對測試值的真實應變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為差不超過規(guī)定范圍（一般為10%10%）時的最大真實應變值。在圖中，）時的最大真實應變值。在圖中，真實應變是由于工作溫度變化或承受機械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生真實應變是由于工作溫度變化或承受機械載荷，在被測試件內(nèi)產(chǎn)生應力應力( (包括機械應力和熱應力包括機械應力和熱應力) )時所引起的表面應變。時所引起的表面應變。lim真實應變z指示應變i10%1主要因素：粘結劑和基底材料主要因素：粘結劑和基底材料傳遞變形的性能及應變片的安傳遞變形的性能及應變片的安裝質(zhì)量。制造與安裝應變片時

20、，裝質(zhì)量。制造與安裝應變片時，應選用抗剪強度較高的粘結劑應選用抗剪強度較高的粘結劑和基底材料。基底和粘結劑的和基底材料?；缀驼辰Y劑的厚度不宜過大，并應經(jīng)過適當厚度不宜過大，并應經(jīng)過適當?shù)墓袒幚?，才能獲得較高的的固化處理，才能獲得較高的應變極限。應變極限。疲勞壽命疲勞壽命指對已粘貼好的應變片，在恒定幅值的交變力作用下，指對已粘貼好的應變片，在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)?？梢赃B續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)。7.7.允許電流：靜態(tài)允許電流：靜態(tài)25mA,25mA,動態(tài)：動態(tài)：7575100mA100mA；電阻率dRR)21 (q 半導體應變片電阻率變化引起

21、的/遠大于由幾何變形引起的(1+2)，其電阻變化率為：)21 (RRRR半導體材料壓阻系數(shù)用力的關系電阻率的相對變化與作1111:ERREq 半導體應變片的靈敏度為：EK1 -應力；應力；E-E-半導體材料半導體材料的彈性模量；的彈性模量； -沿半沿半導體小條縱向的應變。導體小條縱向的應變。xRdRK/靜態(tài)測量：要求彈性體剛度小，反作用力小，動態(tài)測量：固有頻率高，動態(tài)響應好測點位移 測桿 彈簧伸長 懸臂梁彎曲1 1、測點；、測點；2 2、懸臂梁；、懸臂梁；3 3、彈簧；、彈簧；7 7、應變片、應變片測點的位移：測點的位移：x=x1+x2 x1-x=x1+x2 x1-懸臂梁自由端的位移，懸臂梁自

22、由端的位移， x2- x2-彈簧的伸長量。彈簧的伸長量。1)211 (xKKx若選k2k1，能使懸臂梁的端點位移很小，而測量的位移卻很大，還能保持很好的線性關系。2-擴散電阻；3-硅梁；4-質(zhì)量塊m質(zhì)量塊受到加速度a的作用時，加速度產(chǎn)生力f=ma，懸臂梁受到彎矩作用產(chǎn)生應變力，上表面延展性變形。特點：結構簡單，外形小巧，性能優(yōu)越，集成度高，可測低頻加速度應用：航空-風洞試驗，過載加速度，振動 工業(yè)-汽車振動參數(shù)測試（0Hz），主動式消振器 建筑-建筑物晃動，大橋橋梁擺動，加速度質(zhì)量塊彎矩應變MEMS：微型電子機械系統(tǒng)技術-微型壓阻式傳感器變小集成，智能，滯后、蠕壓阻式傳感器靈密度高，非線性大半

23、導體應變式傳感器非線性小，金屬應變式傳感器電阻應變式傳感器：2.42.4應變片的應用應變片的應用2.4.12.4.1應變片的選擇應變片的選擇應變片類型的選擇應變片類型的選擇2.2.材料的選擇材料的選擇3.3.阻值的選擇阻值的選擇4.4.尺寸的選擇尺寸的選擇 2.4.22.4.2應變片的使用應變片的使用 1. 1. 去污：采用手去污：采用手持砂輪工具除去構件持砂輪工具除去構件表面的油污、漆、銹表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加叉打磨出細紋以增加粘貼力粘貼力 ，用浸有酒精，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。脂棉球擦洗。 2.2.貼片：在

24、應變片的表貼片：在應變片的表面和處理過的粘貼表面面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘上，各涂一層均勻的粘貼膠貼膠 ，用鑷子將應變片，用鑷子將應變片放上去，并調(diào)好位置，放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下手指揉和滾壓，排出下面的氣泡面的氣泡 。 3.3.測量測量 ： 從分開的端子處，預從分開的端子處，預先用萬用表測量應變先用萬用表測量應變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應變片。折斷和壞的應變片。 4.4.焊接：焊接： 將引線和端子用烙將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷要把端子扯斷。 5.5.固定：固定：

25、焊接后用膠布將焊接后用膠布將引線和被測對象引線和被測對象固定在一起，防固定在一起，防止損壞引線和應止損壞引線和應變片變片。 2.5 2.5 轉換電路轉換電路應變片將應變的變化轉換成電阻相對變應變片將應變的變化轉換成電阻相對變化化R R/ /R R，要把電阻的變化轉換成電壓，要把電阻的變化轉換成電壓或電流的變化，才能用電路測量儀表進或電流的變化，才能用電路測量儀表進行測量。電阻應變片的測量線路多采用行測量。電阻應變片的測量線路多采用交流電橋交流電橋( (配交流放大器配交流放大器) )，其原理和直，其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡單，因此流電橋相似。直流電橋比較簡單，因此首先分析直流電橋。首先

26、分析直流電橋。2.5.1恒壓源直流電橋恒壓源直流電橋如圖所示。電源如圖所示。電源E E為恒壓源，其內(nèi)為恒壓源，其內(nèi)阻為零。根據(jù)電路學中的克希霍阻為零。根據(jù)電路學中的克?；舴蚨?，列出電路方程：夫定律，列出電路方程： R2R4R1R3Ui恒壓電橋電路原理圖RLACDILB1I2I3I4I213433443311442200LLiLLLLIIIIIII RI RUI RI RI RI RI RI R14230123412343412iLURRR RIRRRRRRRRRR RRR式中式中 RL為負載電阻，因而其輸出電壓為負載電阻，因而其輸出電壓UL為為:14231234123434121iLLLLU

27、R RR RUI RRRRRR RRRR RRRR聯(lián)立求解上述方程，求出檢流計中流過的電流聯(lián)立求解上述方程，求出檢流計中流過的電流I Io o為為: :當當R1R4=R2R3時，時，IL=0，UL=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。，即電橋處于平衡狀態(tài)。若電橋的若電橋的負載電阻負載電阻RL為無窮大，則為無窮大，則B、D兩點可視為開路，上兩點可視為開路，上式可以化簡為式可以化簡為:14231234oiR RR RUURRRR設設R1為應變片的阻值，工作時為應變片的阻值，工作時R1有一增量有一增量R1，當為拉伸應，當為拉伸應變時，變時，R1為正；壓縮應變時，為正；壓縮應變時，R1為負。在上式中以為負。在上式

28、中以R1+R1代替代替R1，則，則1142311234oiRR RR RUURRRRR(2-12)41310124113U11iRRRRURRRRRR整理得：整理得：(2-13)2413RRnRR定義定義橋臂比橋臂比：10211iRnUURn(2-14)02111UiUnKURnR1011144iiRUUK UR定義定義電橋靈敏度：電橋靈敏度：差動電橋差動電橋兩臂差動兩臂差動電橋的輸出電壓為：電橋的輸出電壓為：3110112234iRRRUURRRRRR 設初始時為設初始時為R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R；則上式為；則上式為120122 2iURRURRR 若工

29、作時應變片一片受拉、一片受壓，即若工作時應變片一片受拉、一片受壓，即RR1 1= =RR2 2=R=R，則，則022iiUURUKR可見，這時輸出電壓可見，這時輸出電壓U U0 0與與R/RR/R間成嚴格的線性關系，且電橋靈間成嚴格的線性關系，且電橋靈敏度比單臂電橋提高一倍。敏度比單臂電橋提高一倍。312431244112ioRRRRURRRRURRRRRRRR若采用四臂差動電橋（若采用四臂差動電橋（全橋全橋），如圖，），如圖，并設初始時并設初始時R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R；工作時各個；工作時各個橋臂中電阻應變片電阻的變化為：橋臂中電阻應變片電阻的變化為：R

30、R1 1、RR2 2、RR3 3、RR4 4；則電橋輸出為：；則電橋輸出為：0iiRUUK UR 若若RR1 1=R=R4 4= =RR2 2= =RR3 3=R=R，則有，則有 2.5.22.5.2恒流源電橋恒流源電橋3411234RRIIRRRR1221234RRIIRRRR設供電電流為設供電電流為I I，當，當RR1 1=0=0時，且負時，且負載電阻很大，通過各臂的電流為載電阻很大，通過各臂的電流為1423011231234R RR RUI RI RIRRRR 輸出電壓為：輸出電壓為：014414R RRUIIRRRR 若電橋初始處于平衡狀態(tài)，且若電橋初始處于平衡狀態(tài)，且R R1 1=R=R2 2=R=R3 3=R=R4 4=R=R；當；當R R1 1變?yōu)樽優(yōu)镽+RR+R時，電橋輸出電壓為時，電橋輸出電壓為2.5.32.5.3交流電橋交流電橋n交流載波放大器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、外界干擾和電源影交流載波放大器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、外界干擾和電源影