第4章 應(yīng)變式傳感器習(xí)題及解答

1、第4章 應(yīng)變式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、為減小或消除非線性誤差的方法可采用（ ）。A. 提高供電電壓 B. 提高橋臂比C. 提高橋臂電阻值 D. 提高電壓靈敏度2、全橋差動(dòng)電路的電壓靈敏度是單臂工作時(shí)的（ ）。A. 不變 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍3、電阻應(yīng)變片配用的測(cè)量電路中，為了克服分布電容的影響，多采用( )。A直流平衡電橋 B直流不平衡電橋C交流平衡電橋 D交流不平衡電橋4、通常用應(yīng)變式傳感器測(cè)量( )。A. 溫度 B密度C加速度 D電阻5、影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K的主要因素是（    ）。A導(dǎo)電材料電阻率的變化 B導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C導(dǎo)電材料物理性

2、質(zhì)的變化 D導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化6、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有（    ）。A電阻絲有溫度系數(shù) B試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同C電阻絲承受應(yīng)力方向不同 D電阻絲與試件材料不同7、電阻應(yīng)變片的線路溫度補(bǔ)償方法有（   ）。A差動(dòng)電橋補(bǔ)償法 B補(bǔ)償塊粘貼補(bǔ)償應(yīng)變片電橋補(bǔ)償法C補(bǔ)償線圈補(bǔ)償法 D恒流源溫度補(bǔ)償電路法8、當(dāng)應(yīng)變片的主軸線方向與試件軸線方向一致，且試件軸線上受一維應(yīng)力作用時(shí)，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K的定義是（   ）。A應(yīng)變片電阻變化率與試件主應(yīng)力之比B應(yīng)變片電阻與試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變之比C應(yīng)變片電阻變化率與試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變之

3、比D應(yīng)變片電阻變化率與試件作用力之比9、制作應(yīng)變片敏感柵的材料中，用的最多的金屬材料是（   ）。A銅       B鉑       C康銅       D鎳鉻合金10、利用相鄰雙臂橋檢測(cè)的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。?    ）。A兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片B兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)工作應(yīng)變片串聯(lián)C兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片D兩

4、個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片11、在金屬箔式應(yīng)變片單臂單橋測(cè)力實(shí)驗(yàn)中不需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是（ ）。A直流穩(wěn)壓電源 B低通濾波器 C差動(dòng)放大器 D電壓表12、關(guān)于電阻應(yīng)變片，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A應(yīng)變片的軸向應(yīng)變小于徑向應(yīng)變 B金屬電阻應(yīng)變片以壓阻效應(yīng)為主C半導(dǎo)體應(yīng)變片以應(yīng)變效應(yīng)為主 D金屬應(yīng)變片的靈敏度主要取決于受力后材料幾何尺寸的變化13、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（ ）。 A.電阻形變效應(yīng) B.電阻應(yīng)變效應(yīng) C.壓電效應(yīng) D.壓阻效應(yīng)14、箔式應(yīng)變片的箔材厚度多在（ ）之間。A.0.0010.01mm B.0.010.

5、1mm C.0.010.1m D.0.00010.001m15、（ ）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。 A.箔式應(yīng)變片 B.半導(dǎo)體應(yīng)變片 C.沉積膜應(yīng)變片 D.薄膜應(yīng)變片16、目前，薄膜應(yīng)變片在實(shí)際使用中的主要問(wèn)題是較難控制其電阻對(duì)（ ）的變化關(guān)系。 A.電流和時(shí)間 B.電壓和時(shí)間 C.溫度和時(shí)間 D.溫度和電流17、絕緣電阻，即敏感柵與基底間的電阻值，一般應(yīng)大于（ ）。A.10×e+10 B.10×e+12 C.10×e+9 D.10

6、5;e+1118、應(yīng)變片的應(yīng)變極限是指在溫度一定時(shí)，指示應(yīng)變值和真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)差值不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變數(shù)值，一般差值規(guī)定為( )，當(dāng)指示應(yīng)變值大于真實(shí)應(yīng)變的該比例值時(shí)，真實(shí)應(yīng)變值稱為應(yīng)變片的極限應(yīng)變。A.15 B.20 C.8 D.1019、蠕變是指已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度一定并承受一定的機(jī)械應(yīng)變時(shí)，指示應(yīng)變值隨( )的變化。 A.位移 B.壓強(qiáng) C.時(shí)間 D.外力作用20、由( )和應(yīng)變片以及一些附件(補(bǔ)償元件、保護(hù)罩等)組成的裝置稱為應(yīng)變式傳感器。 A.彈性元件 B.調(diào)理電路 C.信號(hào)采集電路 D.敏感元件21、應(yīng)變片的允許工作電流參數(shù)是指（ ）A 允許通過(guò)應(yīng)變片而絕緣材料因受熱

7、而未損壞的最大電流B 允許通過(guò)應(yīng)變片而敏感柵受熱未燒壞的最大電流C 允許通過(guò)應(yīng)變片而敏感柵受熱未燒壞的最大電流22、直流電橋平衡的條件是（ ）。A 相臨兩臂電阻的比值相等B 相對(duì)兩臂電阻的比值相等C相臨兩臂電阻的比值不相等D 所有電阻都相等23、直流電橋的平衡條件為（ ） A相鄰橋臂阻值乘積相等 B相對(duì)橋臂阻值乘積相等C相對(duì)橋臂阻值比值相等 D相鄰橋臂阻值之和相等 二、多項(xiàng)選擇題1、基本工作原理是基于壓阻效應(yīng)的是（ ）。A. 金屬應(yīng)變片 B. 半導(dǎo)體應(yīng)變片 C. 壓敏電阻 D. 磁敏電阻2、全橋的各橋臂上各并聯(lián)一只應(yīng)變片，其靈敏度（ ）。A. 增加倍 B. 減小倍C. 不確定 D. 不變3、當(dāng)

8、電阻應(yīng)變片式傳感器拉伸時(shí)，該傳感器電阻（ ）。A. 變大 B. 變小 C. 不變 D. 不定4、電阻應(yīng)變片有多種類型，以下屬于電阻應(yīng)變片的種類的是：（ ） A.絲式應(yīng)變片 B.箔式應(yīng)變片 C.薄膜應(yīng)變片 D.半導(dǎo)體應(yīng)變片5、電阻應(yīng)變式傳感器已廣泛應(yīng)用于（ ）領(lǐng)域。A.航空領(lǐng)域 B.電力領(lǐng)域 C.機(jī)械領(lǐng)域 D.建筑領(lǐng)域6、為了正確選用電阻應(yīng)變片，應(yīng)該對(duì)影響其工作特性的主要參數(shù)進(jìn)行了解，以下是應(yīng)變片的主要參數(shù)的有：（ ） A.應(yīng)變片電阻值 B.絕緣電阻 C.靈敏系數(shù) D.允許電流7、應(yīng)變式壓力傳感器主要采用哪些彈性元件？（ ） A.膜片式 B.薄板式 C.筒式 D.組合式8、以下材料具有壓電效應(yīng)的

9、有：（ ） A.所有晶體 B.鈦酸鋇 C.鋯鈦酸鉛 D.石英9、電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，可構(gòu)成測(cè)量各種參數(shù)的電阻應(yīng)變式傳感器,這些參數(shù)包括（ ）。A.位移 B.加速度 C.力 D.力矩三、填空題1、單位應(yīng)變引起的稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。2、產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有 的影響和 的影響。3、直流電橋平衡條件是 。4、直流電橋的電壓靈敏度與電橋的供電電壓的關(guān)系是 關(guān)系。5、電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償中，若采用電橋補(bǔ)償法測(cè)量應(yīng)變時(shí)， 粘貼在被測(cè)試件表面上，補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼在與被測(cè)試件完全相同的 上，且補(bǔ)償應(yīng)變片 。6、半導(dǎo)體應(yīng)變片

10、工作原理是基于 效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 。7、電阻應(yīng)變片的配用測(cè)量電路采用差動(dòng)電橋時(shí)，不僅可以消除 同時(shí)還能起到 的作用。8、電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件是 ，其工作原理是基于 。9、應(yīng)變式傳感器中的測(cè)量電路是式將應(yīng)變片的 轉(zhuǎn)換成 的變化，以便方便地顯示被測(cè)非電量的大小。10、電阻應(yīng)變片的配用測(cè)量電路采用差動(dòng)電橋時(shí)，不僅可以消除 ， 同時(shí)還能起到 的作用。11、應(yīng)變式傳感器是由 和電阻應(yīng)變片及一些附件組成的。12、電阻應(yīng)變片由 、基片、覆蓋層和引線等部分組成。13、電阻應(yīng)變片的工作原理就是依據(jù)應(yīng)變效應(yīng)建立 與變形之間的量值關(guān)系而工作的。14、金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)它的

11、電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 效應(yīng)。15、電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法有： 和 。16、箔式應(yīng)變片系利用照相制版或_ _的方法，將電阻箔樹(shù)在絕緣其底下制成各種圖形而成的應(yīng)變片。17、薄膜應(yīng)變片的厚度在_ _以下。18、應(yīng)變片可以把應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為顯示與記錄應(yīng)變的大小，還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，完成上述作用的電路稱為電阻應(yīng)變式傳感器的_ _ _，一般采用測(cè)量電橋。19、壓電材料有三類：壓電晶體、壓電陶瓷和_ _。20、直線的電阻絲繞成敏感柵后長(zhǎng)度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為 效應(yīng)。21、應(yīng)變式

12、傳感器是利用電阻應(yīng)變片將 轉(zhuǎn)換為 變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼 元件構(gòu)成，彈性元件用來(lái) ， 元件用來(lái) 。22、電阻應(yīng)變片的溫度誤差是由 的改變給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差，其產(chǎn)生的原因有 的影響和 的影響。23、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確的測(cè)量出來(lái)，需采用特別設(shè)計(jì)的測(cè)量電路，通常采用 或 。24、減小或消除非線性誤差的方法有 和采用差動(dòng)電橋。其中差動(dòng)電橋可分為 和 兩種方式。四、簡(jiǎn)答題1、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？ 利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2、試簡(jiǎn)要說(shuō)明電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差產(chǎn)生的原因，并說(shuō)明有哪幾種補(bǔ)償方法。 3、什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自

13、的輸出電壓如何計(jì)算？4、為什么應(yīng)變式傳感器大多采用交流不平衡電橋?yàn)闇y(cè)量電路？該電橋?yàn)槭裁从侄疾捎冒霕蚝腿珮騼煞N方式？5、應(yīng)用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常采用的溫度補(bǔ)償方法有哪幾種？6、應(yīng)變式傳感器的基本工作原理是什么？7、簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生熱輸出(溫度誤差)的原因及其補(bǔ)償方法。8、試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。9、一個(gè)懸臂梁受力作用彎曲，現(xiàn)在用電阻應(yīng)變片測(cè)量作用力F。當(dāng)考慮采用電阻應(yīng)變片溫度線路補(bǔ)償法時(shí)，請(qǐng)畫(huà)圖表示應(yīng)變片粘貼位置和測(cè)量線路的接法。10、直流電橋平衡條件是什么？交流電橋平衡條件是什么？試說(shuō)明動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀除需電阻平衡外，還需調(diào)電容平衡的原因？11、

14、在傳感器測(cè)量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場(chǎng)合？用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？12、 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？ 13、說(shuō)明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？14、簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片的測(cè)試原理。15、請(qǐng)簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)。16、簡(jiǎn)要說(shuō)明電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。17、請(qǐng)簡(jiǎn)要一下解釋壓阻效應(yīng)。18、請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明一下壓電式加速度傳感器具有的優(yōu)點(diǎn)。19、請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明一下什么是電荷放大器。五、計(jì)算題1、擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋電路，試問(wèn)：（1）四個(gè)應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁

15、上？ （2）畫(huà)出相應(yīng)的電橋電路圖。2、在半導(dǎo)體應(yīng)變片電橋電路中，其一橋臂為半導(dǎo)體應(yīng)變片，其余均為固定電阻，該橋路受到=4300應(yīng)變作用。若該電橋測(cè)量應(yīng)變時(shí)的非線性誤差為1%，n=R2/R1=1，則該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少？3、電阻應(yīng)變片的靈敏度K=2， 沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E=2×1011N/m2，=0.3。求鋼柱受10t拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量。又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量為多少？4、如果將100應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件截面積S=0.5×10-4m2，彈性模量E=2×1011N

16、/m2，若由5×104N的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1，試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)？ 5、一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm，在其表面粘貼8個(gè)應(yīng)變片，4個(gè)沿軸向粘貼，4個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120，靈敏度為2.0，泊松比為0.3，材料彈性模量為2.1×1011Pa，要求：（1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；（2）計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化； （3）當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。6、圖中，設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大（開(kāi)路），圖中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。（1）R1為金

17、屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.0時(shí)，試求電橋的輸出電壓Uo。（2）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。（3）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為R1=R2=1.0，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。7、圖中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的靈敏度系數(shù)K=2.05，未受到應(yīng)變時(shí)，R1=120。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量R1和電阻相對(duì)變化量R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出的電壓及其非線性誤

18、差。（3）如果要減小非新性誤差，應(yīng)采取何種措施？8、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。  畫(huà)出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說(shuō)明R3、R4起到什么作用？ 9、如圖所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)，未受應(yīng)變時(shí)，120。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變，求： （1）應(yīng)變片電阻變化量和電阻相對(duì)變化量。 （2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流，3V,求電橋輸出電壓及電橋非線

19、性誤差。 （3）若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。題2圖10、一應(yīng)變片的電阻R=120 ，k=2.05，用作應(yīng)變片為800m/m的傳感元件。.求R/R和R；.若電源電壓U=3V，惠斯登電橋初始平衡，求輸出電壓U0。11、一個(gè)直流應(yīng)變電橋如圖5-38。已知：R1=R2=R3=R4=R=120，E=4V，電阻應(yīng)變片靈敏度S=2。求：（1）當(dāng)R1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，R1受力后變化R1/R=1/100時(shí)，輸出電壓為多少？ （2）當(dāng)R2也改為工作應(yīng)變片，若R2的電阻變化為1/100時(shí)，問(wèn)R1和R2是否能感受同樣極性的應(yīng)變，為什么？12、兩個(gè)阻值都為100

20、的應(yīng)變片粘貼在圖示鋼制拉伸試件上，其中鋼的彈性模量為E=2×1011N/m2,F=50KN,問(wèn)兩應(yīng)變片怎樣粘貼在試件上并如何接入電橋才能有最大輸出？（電橋兩臂為固定電阻R=100），請(qǐng)?jiān)谠嚰蜆蚵飞蠘?biāo)出。當(dāng)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為15時(shí)，R=？，若要求輸出電壓為50mV,供電電源電壓U為多少？試件等截面積為5×10-4m2。13、一個(gè)直流應(yīng)變電橋如圖（a）所示，已知R1=R2=R3=R4=R=100, E=4V，電阻應(yīng)變片靈敏度S=2。求：1）當(dāng)R1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，R1受力后變化R1/R=1/100時(shí)，輸出電壓為多少？2）當(dāng)R2也改為工作應(yīng)變片，若R2的電阻變化為1

21、/100時(shí)，問(wèn)R1和R2能否感受同樣極性的應(yīng)變，為什么？ 3）若要測(cè)量圖（b）所示懸臂梁的受力F, 四個(gè)臂全部為應(yīng)變片，請(qǐng)?jiān)诹荷蠘?biāo)出R1、R2、R3、R4應(yīng)變片粘貼的位置。  (a)            (b)   圖114、如圖用懸臂梁測(cè)力P，4片電阻應(yīng)變片標(biāo)稱阻值均為120應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K=2。（1）全橋測(cè)量如何貼片和組橋？（用圖說(shuō)明）（2）如懸臂梁應(yīng)變=10000*e-6,電橋電壓e0=30,則全橋的輸出電壓ey=? 15、如圖為一直流應(yīng)變電橋。圖中，試求

22、：(1). 為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)?shù)脑隽繛闀r(shí)，電橋輸出電壓；(2). 都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感受應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出；(3). 題(2)中，如果與感受應(yīng)變的極性相反，且，電橋的輸出。16、圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時(shí)輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對(duì)臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。17、已知一等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，Rx為電阻應(yīng)變片，應(yīng)

23、變片靈敏系數(shù)K=2，未受應(yīng)變時(shí)，Rx = 100。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變 = 1000m/m，求：（1）應(yīng)變片電阻變化量Rx和電阻相對(duì)變化量Rx/Rx 。（2）將電阻應(yīng)變片Rx置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（3）若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時(shí)的兩倍和四倍，應(yīng)采取哪些措施？分析在不同措施下的電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大小。18、試分析半橋差動(dòng)交流電橋的平衡條件，并給出電橋的輸出電壓表達(dá)式。19、假設(shè)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，。問(wèn)：在試件承受時(shí)，電阻變化值？20、如圖所示，在懸臂梁距端部為L(zhǎng)位置上下面各貼兩片完全相同的電阻應(yīng)變片。試求，（

24、c）、(d)、(e)三種橋臂接法橋路輸出電壓對(duì)(b) 種橋臂接法輸出電壓比值。圖中為電源電壓，是固定電阻，且，為橋路輸出電壓。21、電阻應(yīng)變片阻值為120，靈敏系數(shù)，沿縱向粘貼于直徑為的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量，（1）求鋼柱受拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的變化量和相對(duì)變化量；（2）又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問(wèn)受同樣拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量為多少？22、如果將100電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件受力橫截面積，彈性模量，若有的拉力引起應(yīng)變電阻變化為1。試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)?23、一臺(tái)用等強(qiáng)度梁作為彈性元件的電子秤，在梁的上、下面各貼兩片相同的電阻應(yīng)變片(K=2)如圖(a)所示。已知l

25、100mm、b11mm、t3mm，。現(xiàn)將四個(gè)應(yīng)變片接入圖(b)直流橋路中，電橋電源電壓U=6v；當(dāng)力F0.5kg時(shí)，求電橋輸出電壓24、用直流電橋測(cè)量電阻，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=10.0004時(shí)電橋已平衡（則被測(cè)電阻Rx=10.0004），但由于檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)在±0.3mm以內(nèi)時(shí)，人眼就很難觀測(cè)出來(lái)，因此Rn的值也可能不是10.0004，而是Rn=10.0004±Rn。若已知電橋的相對(duì)靈敏度Sr=1mm/0.01%，求對(duì)應(yīng)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)±0.3mm時(shí)，Rn為多少？ 25、如下圖所示電路為應(yīng)變式傳感器常用的電橋測(cè)量電路。圖中R3=R4=R是固定電阻，R1與R2是電阻應(yīng)變片

26、，初始阻值均為R，工作時(shí)R1受拉，R2受壓，R表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力無(wú)應(yīng)變時(shí)R=0，電橋處于平衡狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，電橋失去平衡，此時(shí)，就用橋路輸出電壓U0表示應(yīng)變片受力后電阻值的變化量。試證明：U0=-(E/2)( R/R)。 六、綜合分析設(shè)計(jì)題1、在如圖所示的懸臂梁測(cè)力系統(tǒng)中，可能用到4個(gè)相同特性的電阻應(yīng)變片,，各應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2，初值為100。當(dāng)試件受力F時(shí)，若應(yīng)變片要承受應(yīng)變，則其平均應(yīng)變?yōu)? 1000m/m。測(cè)量電路的電源電壓為直流3V。（1）若只用1個(gè)電阻應(yīng)變片構(gòu)成單臂測(cè)量電橋，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（2）若要求用2個(gè)電阻應(yīng)變片測(cè)

27、量，且既要保持與單臂測(cè)量電橋相同的電壓靈敏度，又要實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，請(qǐng)畫(huà)圖標(biāo)出2個(gè)應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置，繪出轉(zhuǎn)換電橋，標(biāo)明這2個(gè)應(yīng)變片在橋臂中的位置？（3）要使測(cè)量電橋電壓靈敏度提高為單臂工作時(shí)的4倍，請(qǐng)畫(huà)圖標(biāo)出各個(gè)應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置，繪出轉(zhuǎn)換電橋，標(biāo)明各應(yīng)變片在各橋臂中的位置，并給出此時(shí)電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大?。?、如圖1是一個(gè)懸臂梁，現(xiàn)今用電阻應(yīng)變片測(cè)量作用力F。若考慮電阻應(yīng)變片的溫度線路補(bǔ)償，請(qǐng)畫(huà)圖表示應(yīng)變片粘貼的位置和測(cè)量線路的接法，指出補(bǔ)償方法及原理，為保證補(bǔ)償效果應(yīng)注意的問(wèn)題。 圖 13、四片相同的金屬絲應(yīng)變片（K=2），貼在實(shí)心圓柱形測(cè)力彈性元件上，如圖所示。已

28、知力，圓柱斷面半徑，楊氏模量，泊松比。請(qǐng)完成以下內(nèi)容：（1）畫(huà)出應(yīng)變片在圓柱上粘貼位置及相應(yīng)測(cè)量橋路原理圖；（2）求各應(yīng)變片的應(yīng)變電阻相對(duì)變化量；（3）若供電橋電壓，求橋路輸出電壓；（4）此種測(cè)量方式能否補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，說(shuō)明原因。4、采用四個(gè)性能完全相同的電阻應(yīng)變片(靈敏度系數(shù)為K)，將其貼在薄壁圓筒式壓力傳感元件外表圓周方向，彈性元件周圍方向應(yīng)變，式中，為待測(cè)壓力，為泊松比，為楊氏模量，d為筒內(nèi)徑，D為筒外徑。現(xiàn)采用直流電橋電路，供電橋壓U。要求滿足如下條件：(1)該壓力傳感器有溫度補(bǔ)償作用；(2)橋路輸出電壓靈敏度最高。試畫(huà)出應(yīng)變片粘貼位置和相應(yīng)橋路原理圖并寫出橋路輸出電壓表達(dá)式

29、。5、FR1R2R3R4如上圖所示為一彈性元件為圓柱型的應(yīng)變式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。已知彈性元件橫截面積為S，彈性模量為E，應(yīng)變片初始電阻值（在外力F=0時(shí)）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為K0，泊松比為。（1）設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路（要求采用全橋電路），畫(huà)出相應(yīng)電路圖，并推導(dǎo)橋路輸出電壓U0和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：R<<R，推導(dǎo)過(guò)程中可做適當(dāng)近似處理）（2）分析說(shuō)明該傳感器測(cè)力的工作原理（配合所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路）。6、 tR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且

30、初始電阻阻值（在外力為0時(shí)）均為。 （1）設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，畫(huà)出相應(yīng)電路圖；（2）分析說(shuō)明該傳感器測(cè)力的工作原理（配合所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時(shí)，試求此時(shí)四個(gè)應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。第4章 應(yīng)變式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、B 2、C 3、D 4、C 5、A 6、A 7、B 8、C 9、B 10、C 11、B 12、D13、B 14、A 15、D 16、C 17、A 18、D 19、C 20、A 21、C 22、A 23、B二、多項(xiàng)選擇題1、ABC 2、ABCD 3、ABCD 4、ABCD

31、5、ABCD 6、ABCD 7、ABCD 8、BCD 9、ABCD 三、填空題1、電阻值變化量 2、電阻溫度系數(shù)；試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 3、相鄰兩臂電阻的比值相等 4、正比 5、工作應(yīng)變片；補(bǔ)償塊；不承受應(yīng)變 6、壓阻；大 7、非線性誤差；提高靈敏度 8、電阻應(yīng)變片；電阻應(yīng)變效應(yīng) 9、電阻變化量；電量 10、非線性誤差；溫度補(bǔ)償 11、彈性元件 12、電阻絲 13、力 14、應(yīng)變；壓阻 15、線路補(bǔ)償法；應(yīng)變片自補(bǔ)償法 16、光刻腐蝕 17、0.1m 18、信號(hào)調(diào)節(jié)電路 19、有機(jī)壓電材料 20、橫向 21、應(yīng)變；電阻；電阻應(yīng)變敏感元件；感知應(yīng)變；電阻應(yīng)變敏感元件；將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻

32、變化 22、環(huán)境溫度；電阻溫度系數(shù)；試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 23、直流電橋；交流電橋 24、提高橋臂比；半橋差動(dòng)；全橋差動(dòng)四、簡(jiǎn)答題1、 答：材料的電阻變化由尺寸變化引起的，稱為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量的大小。2、答： 溫度誤差產(chǎn)生原因包括兩方面： 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，試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。

33、溫度補(bǔ)償方法，基本上分為橋路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 3、答：橋臂的供電電源是直流電的稱為直流電橋。按橋臂工作方式不同，可分為單臂直流電橋、半橋差動(dòng)直流電橋、全橋差動(dòng)直流電橋。單臂直流電橋輸出電壓為：半橋差動(dòng)直流電橋輸出電壓為：全橋差動(dòng)直流電橋輸出電壓為：4、答：由于應(yīng)變電橋的輸出電壓很小，一般要加放大器，但直流放大器易產(chǎn)生零漂， 所以應(yīng)變電橋多采用交流電橋。又由于交流電橋的供電電源是交流，為了消除應(yīng)變片引線寄生電容的影響，同時(shí)也為了滿足交流電橋的平衡條件，常采用不平衡電橋測(cè)量電路。 交流不平衡電橋采用半橋和全橋的方式是為了消除非線性誤差和提高系統(tǒng)靈敏度。5、答：由于電阻溫度系數(shù)的影響以及試

34、件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響，會(huì)給電阻應(yīng)變片的測(cè)量帶來(lái)誤差，因此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 常采用的溫度補(bǔ)償法有電橋補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。6、答：應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量的大小。7、答：電阻應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因主要有兩個(gè)方面：一是由于電阻溫度系數(shù)的影響；二是試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響。 常采用的溫度補(bǔ)償法有電橋補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。8、答：應(yīng)變電

35、橋產(chǎn)生非線性誤差的原因是電阻相對(duì)變化量的影響。減小或消除非線性誤差的方法是：1）提高橋臂比2）采用差動(dòng)電橋 9、答: 10、答：直流電橋平衡條件是相鄰兩臂電阻的比值相等。交流電橋的平衡條件（實(shí)部、虛部分別相等）：11、答：直流電橋適合供電電源是交流電的場(chǎng)合，交流電橋適合供電電源是交流的場(chǎng)合。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單橋電路靈敏度提高4倍，且二者均無(wú)非線性誤差。12、答：前者利用金屬形變引起電阻的變化；而后者是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化（壓阻效應(yīng)）。13、答：金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫

36、向效應(yīng)、機(jī)械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。14、答：應(yīng)變是物體在外部壓力或者拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象，電阻應(yīng)變片的工作原理就是基于金屬的應(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)。因?yàn)榻饘俳z的電阻與材料的電阻率及其幾何尺寸(長(zhǎng)度和截面積)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。15、答：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距測(cè)量和遙測(cè)；靈敏度高，測(cè)量速度快適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量；可以測(cè)量多種物理量

37、。16、答：電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性敏感元件在感受被測(cè)量時(shí)特產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。 粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 這樣，通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測(cè)量的大小了。17、答：壓阻效應(yīng)的解釋,依據(jù)HERMY關(guān)于半導(dǎo)體多能谷導(dǎo)帶價(jià)帶模型的公式,當(dāng)力作用于硅晶體時(shí),晶體的晶格發(fā)生形變,它使載流子產(chǎn)生一個(gè)能谷到另一個(gè)能谷的散射,載流的遷移率發(fā)生變化,擾動(dòng)了縱向和橫向的平均有效質(zhì)量,使硅的電阻發(fā)生變化.這個(gè)變化隨硅單晶的取向不同而不同。即硅的壓阻效應(yīng)與晶體取向有關(guān)。18、答：最為突出的

38、是這種傳感器能直接輸出一個(gè)高電平、低阻抗的信號(hào)輸出電壓可達(dá)幾伏，它可以用普通的同軸電纜輸出信號(hào)，一般不需要再附加放大器，只有在測(cè)量低電平振動(dòng)時(shí)，才需要再放大，并可很容易直接輸至示波器、帶式記錄器、檢流計(jì)和其它普通的指示儀表。 另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是，由于采用石英晶片作壓電元件，因此在很寬的溫度范圍內(nèi)靈敏度十分穩(wěn)定，而且經(jīng)長(zhǎng)期使用，性能也幾乎不變。19、答：電荷放大器是壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。它能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)10×e+1010×e+12，輸出阻抗小于100。五

39、、計(jì)算題1、解：（1）應(yīng)在懸臂梁上下兩側(cè)各粘貼兩個(gè)應(yīng)變片，且粘貼位置相對(duì)稱。（2）2、解：?jiǎn)伪垭姌蚍蔷€性誤差：所以：，應(yīng)變式靈敏度系數(shù)3、解：（1）沿縱向粘貼時(shí)：由，（2）沿周向粘貼時(shí)：4、解：已知由得，所以5、解：（1）(2)圓桶截面積     應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變；應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變；滿量程時(shí)： （3）全受拉：所以6、解：（1）（2）（3）當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時(shí)：當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時(shí)：7、解：（1）所以：（2）令n=1，所以非線性誤差為：（3）減小非線性誤差的方法： 提高橋臂比：非線性誤

40、差減小，由知，電橋的電壓靈敏度將降低，要使靈敏度不降低，必須相應(yīng)地提高供電電壓，電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制。 采用差動(dòng)電橋。8、解： 應(yīng)變片組成半橋電路： R3、R4可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。9、解：（1） (2) (3)采用差動(dòng)電橋：半橋差動(dòng)：， 全橋差動(dòng)：，10、解：（1）所以：（2）11、解：（1）單臂：（2）設(shè)R1、R2同受拉應(yīng)變，所以不能感受同極性應(yīng)變。設(shè)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變。12、解：要想有最大輸出，應(yīng)接成差動(dòng)形式，上下各粘貼一個(gè)應(yīng)變片，感受拉、壓不同應(yīng)變。， ， 所以半橋差動(dòng)：，所以13、解：（1）單臂：（2） 不能。同極性時(shí)，Uo=0（3） 四個(gè)臂全為應(yīng)變片，應(yīng)接成全橋差

41、動(dòng)電路。兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變。14、解：（1）全橋上下各粘貼兩個(gè)應(yīng)變片，且位置對(duì)稱。R1，R4貼上邊，R2，R3貼下邊。（2），所以：15、解：（1）R1為應(yīng)變片時(shí)屬于單臂（2）如R1，R2感受極性和大小相同，Uo=0。（3） 若R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變： 若R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變：16、解：17、解：（1） （2）將電阻應(yīng)變片Rx置于單臂測(cè)量電橋，取其他橋臂電阻也為Rx。當(dāng)Rx有Rx的變化時(shí)，電橋輸出電壓為 ： 非線性誤差： （3）要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時(shí)的2倍，則應(yīng)該在等強(qiáng)度梁的正反面對(duì)應(yīng)貼上兩個(gè)相同的應(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，形成半橋差動(dòng)電橋

42、，且取其他橋臂電阻也為Rx。 此時(shí)， 要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時(shí)的4倍，則應(yīng)該在等強(qiáng)度梁的正反面對(duì)應(yīng)貼上四個(gè)相同的應(yīng)變片，2個(gè)受拉應(yīng)變，2個(gè)受壓應(yīng)變，形成全橋差動(dòng)電橋。 此時(shí)， 18、解：交流電橋如上圖所示。工作應(yīng)變片和補(bǔ)償應(yīng)變片分別加在橋臂Z1和Z2上。由于電源為交流，應(yīng)變片引線分布電容使得橋臂呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容（C1，C2），每個(gè)橋臂的復(fù)阻抗為：（1） 交流電橋的開(kāi)路輸出電壓為： 要滿足電橋平衡條件，則有： 將（1）式代入可得： 整理可得：令其實(shí)部、虛部分別相等，就可得到交流電橋的平衡條件： 19、解：20、解：21、解：（1）（2）22、解：由題意得應(yīng)變

43、片電阻相對(duì)變化量。根據(jù)材料力學(xué)理論可知：應(yīng)變?yōu)樵嚰軕?yīng)力應(yīng)變 應(yīng)變片靈敏度系數(shù)23、解：由圖(a)所示四片相同電阻應(yīng)變片貼于等強(qiáng)度梁上、下面各兩片；當(dāng)重力F作用梁端部后，梁上表面R1和R3產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化而下表面R2和R4則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，其應(yīng)變絕對(duì)值相等，即電阻相對(duì)變化量為現(xiàn)將四個(gè)應(yīng)變電阻按圖(b)所示接入橋路組成等臂全橋電路，其輸出橋路電壓為24、解：相對(duì)靈敏度 解得 為所求。25、證明：，且 近似處理，忽略分母中，則六、綜合分析設(shè)計(jì)題1、解： （1）設(shè)用電阻應(yīng)變片作測(cè)量電橋的測(cè)量臂，其他橋臂電阻初值為100。 設(shè)當(dāng)有R1的變化時(shí)，電橋輸出電壓為： 非線性誤差： 應(yīng)變片粘貼測(cè)量電橋（2）應(yīng)該在懸臂梁的正（反）面沿梁的長(zhǎng)度方向軸向貼測(cè)量應(yīng)變片，沿與梁的長(zhǎng)度方向軸垂直的方向貼溫度補(bǔ)償應(yīng)變片，使得測(cè)量應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償應(yīng)變片處于同一溫度場(chǎng)中，如圖所示。（3）要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時(shí)的4倍，則應(yīng)該在懸臂梁的正反面對(duì)應(yīng)貼上四個(gè)相同的應(yīng)變片，2個(gè)受拉應(yīng)變，2個(gè)受壓應(yīng)