第三章應(yīng)變式傳感器

1、 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)1應(yīng)變式傳感器：是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的傳感器，是常用的傳應(yīng)變式傳感器：是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的傳感器，是常用的傳感器之一。核心元件是電阻應(yīng)變片。感器之一。核心元件是電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片：也稱應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片，是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變電阻應(yīng)變片：也稱應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片，是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體的電阻值隨其機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體的電阻值隨其機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象。象。3.1 3.1 概述概述3.1.1 3.1.1 定義定

2、義 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)23.1.2 3.1.2 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 1 1為排列成網(wǎng)狀的高阻金屬絲、柵狀金屬箔或半導(dǎo)體片構(gòu)成的敏感柵；為排列成網(wǎng)狀的高阻金屬絲、柵狀金屬箔或半導(dǎo)體片構(gòu)成的敏感柵； 2 2為絕緣的基片；為絕緣的基片； 3 3為蓋片（保護(hù)片）；為蓋片（保護(hù)片）； 4 4為引線。為引線。1. 1. 構(gòu)造簡(jiǎn)圖構(gòu)造簡(jiǎn)圖l稱為應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距（柵長(zhǎng)）；稱為應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距（柵長(zhǎng)）；a稱為柵寬；稱為柵寬；la稱為應(yīng)變計(jì)的使用面積。稱為應(yīng)變計(jì)的使用面積。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)33.2.1

3、 3.2.1 工作原理工作原理ll+dl2r2(r-dr)AlR:電阻系數(shù)電阻系數(shù)l : :金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度A: :金屬導(dǎo)線截面積金屬導(dǎo)線截面積FF 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)4xxxxddRdR1)21(2dRdRkxx121/靈敏系數(shù)：0泊松比、泊松系數(shù)）(/:泊松關(guān)系ldlrdrxyldlrdrdRdR2 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)53.2.2 3.2.2 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)應(yīng)變片既受軸向應(yīng)變影響又受橫向應(yīng)變影響，而引起電阻變化的現(xiàn)象應(yīng)變片既受軸向應(yīng)變影響又受橫向應(yīng)變影響，而引起電阻變化的現(xiàn)象稱

4、為橫向效應(yīng)。稱為橫向效應(yīng)。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)6可見(jiàn)可見(jiàn)kk0 ，而，而H即為橫向效應(yīng)引起的誤差，即為橫向效應(yīng)引起的誤差，H為橫向效應(yīng)系數(shù)。為橫向效應(yīng)系數(shù)。xyxxxkHkRR)1 ()1 ()1 (0HkHkkxssxylnnllnkkH) 1(2) 1(1ls s越小，越小，l1 1越大，越大，H越小。即敏感柵越小。即敏感柵越窄，基長(zhǎng)越長(zhǎng)，橫向效應(yīng)誤差越越窄，基長(zhǎng)越長(zhǎng)，橫向效應(yīng)誤差越小。小。yxxHkRR 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)7按尺寸：長(zhǎng)應(yīng)變計(jì)（幾百按尺寸：長(zhǎng)應(yīng)變計(jì)（幾百mm），短應(yīng)變計(jì)（

5、），短應(yīng)變計(jì)（0.2mm）按結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)纹?、雙片、應(yīng)變花和各種特殊形狀的圖案。按結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)纹㈦p片、應(yīng)變花和各種特殊形狀的圖案。按使用環(huán)境：高溫、低溫、水、核輻射、高壓、磁場(chǎng)等。按使用環(huán)境：高溫、低溫、水、核輻射、高壓、磁場(chǎng)等。按安裝形式：粘貼、非粘貼、焊接、火焰噴涂等。按安裝形式：粘貼、非粘貼、焊接、火焰噴涂等。3.2.3 3.2.3 應(yīng)變計(jì)的分類應(yīng)變計(jì)的分類 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)8n主要的分類方法是根據(jù)敏感元件材料不同，將應(yīng)變計(jì)分為金屬式和半主要的分類方法是根據(jù)敏感元件材料不同，將應(yīng)變計(jì)分為金屬式和半導(dǎo)體式兩大類。導(dǎo)體式兩大類。 物理與材

6、料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)9n一、金屬式電阻應(yīng)變計(jì)一、金屬式電阻應(yīng)變計(jì)n1.1.絲式應(yīng)變計(jì)：絲式應(yīng)變計(jì)：最早，常用的形式，制作簡(jiǎn)單，最早，常用的形式，制作簡(jiǎn)單，橫向效應(yīng)較大。橫向效應(yīng)較大。橫向效應(yīng)較小，但是橫向效應(yīng)較小，但是制作工藝復(fù)雜。制作工藝復(fù)雜。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)10n2.2.箔式應(yīng)變計(jì)箔式應(yīng)變計(jì)n是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的很薄的金屬薄柵。是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的很薄的金屬薄柵。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)11n1.1.尺寸小、線條均勻、圖形準(zhǔn)確，阻

7、值離散程度小。尺寸小、線條均勻、圖形準(zhǔn)確，阻值離散程度小。n2.2.可根據(jù)需要制備任意形狀，擴(kuò)大了使用范圍?？筛鶕?jù)需要制備任意形狀，擴(kuò)大了使用范圍。n3.3.散熱好，可通過(guò)較大電流，提高測(cè)量靈敏度。散熱好，可通過(guò)較大電流，提高測(cè)量靈敏度。n4.4.厚度薄，利于傳遞形變。厚度薄，利于傳遞形變。n5.5.蠕變小，疲勞壽命高。蠕變小，疲勞壽命高。n6.6.橫向效應(yīng)小。橫向效應(yīng)小。n7.7.生產(chǎn)效率高，便于批量生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，便于批量生產(chǎn)。箔式應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：箔式應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，不適合高溫環(huán)境。生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，不適合高溫環(huán)境。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理

8、與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)12n3.3.金屬薄式應(yīng)變片金屬薄式應(yīng)變片n采用真空蒸鍍或?yàn)R射式陰極擴(kuò)散等方法，在薄的基底材料上制成一采用真空蒸鍍或?yàn)R射式陰極擴(kuò)散等方法，在薄的基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片。層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片。特點(diǎn)：特點(diǎn)：n具有較高的靈敏度，允許的電流密度大，工作溫度范圍較廣。具有較高的靈敏度，允許的電流密度大，工作溫度范圍較廣。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)13n二、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)二、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)n是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。分類：分類： u

9、體型體型 u薄膜型薄膜型u擴(kuò)散型擴(kuò)散型 u外延型外延型 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)14n靈敏度高；靈敏度高；n體積小，耗電省；體積小，耗電??；n具有正負(fù)兩種符號(hào)的應(yīng)力效應(yīng)，可以制成同一應(yīng)力方向的電橋具有正負(fù)兩種符號(hào)的應(yīng)力效應(yīng)，可以制成同一應(yīng)力方向的電橋兩臂，提高靈敏度；兩臂，提高靈敏度；n機(jī)械滯后小，可測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變、低頻應(yīng)變等。機(jī)械滯后小，可測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變、低頻應(yīng)變等。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：溫度系數(shù)大，非線性較嚴(yán)重。溫度系數(shù)大，非線性較嚴(yán)重。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)15 3.

10、2.4 3.2.4 應(yīng)變計(jì)型號(hào)命名規(guī)則應(yīng)變計(jì)型號(hào)命名規(guī)則 應(yīng)變計(jì)類別應(yīng)變計(jì)類別: B 箔式箔式 T 特殊用途特殊用途 基底材料類別基底材料類別: F 酚醛類酚醛類 H環(huán)氧類環(huán)氧類 A聚酰亞胺聚酰亞胺 B玻璃纖維浸膠玻璃纖維浸膠 標(biāo)稱電阻（標(biāo)稱電阻（）: 120 175 350 500 700 1000 1500 應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)（應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)（mm）: 3等等 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)16 敏感柵結(jié)構(gòu)形狀敏感柵結(jié)構(gòu)形狀: AA單軸片單軸片 HA45雙聯(lián)片雙聯(lián)片 GB半橋片半橋片 FG全橋片全橋片 KA圓片圓片 材料線膨脹系數(shù)材料線膨脹系數(shù): 銅銅Cu11

11、鋁鋁Al23 不銹鋼不銹鋼16 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)17可自補(bǔ)償蠕變標(biāo)號(hào)可自補(bǔ)償蠕變標(biāo)號(hào): T5 T3 T1 T8 T6 T4 T2 T0 N2 N4 N6 N8 N0 N1 N3 N5 N7 N9 蠕變由負(fù)到正。蠕變由負(fù)到正。 舉例舉例: B F 350-3 AA 23 T0 （箔式（箔式B, 酚醛類基底材料酚醛類基底材料F, 標(biāo)稱電阻標(biāo)稱電阻350, 應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng) 3 mm, 單軸片單軸片AA, 材料線膨脹系數(shù)鋁材料線膨脹系數(shù)鋁Al23, 可自補(bǔ)償蠕可自補(bǔ)償蠕變標(biāo)號(hào)變標(biāo)號(hào)T0。 ） 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與

12、技術(shù)傳感器原理與技術(shù)18n當(dāng)試件或彈性體元件的應(yīng)變大小和方向隨時(shí)間改變時(shí)，應(yīng)變處于當(dāng)試件或彈性體元件的應(yīng)變大小和方向隨時(shí)間改變時(shí)，應(yīng)變處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。n這時(shí)：這時(shí)：n應(yīng)變從試件或者彈性元件傳到敏感柵要多久？應(yīng)變從試件或者彈性元件傳到敏感柵要多久？n在進(jìn)行高頻的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，哪些因素影響應(yīng)變片對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)谶M(jìn)行高頻的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，哪些因素影響應(yīng)變片對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的響應(yīng)？的響應(yīng)？n等等。等等。 3.3 3.3 應(yīng)變計(jì)的特性應(yīng)變計(jì)的特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)19當(dāng)輸入為階越波時(shí)：當(dāng)輸入為階越波時(shí)：vLtk8 . 0如以輸

13、出從如以輸出從1010上升到上升到9090的這段時(shí)間作為上升時(shí)間，則：的這段時(shí)間作為上升時(shí)間，則：0044080350350lvlvtfk.可測(cè)頻率：可測(cè)頻率： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)20當(dāng)輸入波為正弦波時(shí)：當(dāng)輸入波為正弦波時(shí)：242421LxLx, LLsinLsinLxcosxcosLxxxdxsinxxP0 00 01 12 20 01 12 20 02 22 22 22 22 21 1應(yīng)變波長(zhǎng)為應(yīng)變波長(zhǎng)為，應(yīng)變片的基長(zhǎng)為，應(yīng)變片的基長(zhǎng)為L(zhǎng) L，則當(dāng)兩端點(diǎn)的坐標(biāo)為，則當(dāng)兩端點(diǎn)的坐標(biāo)為: : 時(shí)，應(yīng)變計(jì)在基長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)變計(jì)在基長(zhǎng)L內(nèi)測(cè)得平均應(yīng)變內(nèi)

14、測(cè)得平均應(yīng)變P P最大最大。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)21當(dāng)輸入波為正弦波時(shí)：當(dāng)輸入波為正弦波時(shí)：242421LxLx,LLPsin020061LePeLvf6應(yīng)變波幅測(cè)量的應(yīng)變波幅測(cè)量的相對(duì)誤差相對(duì)誤差 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)22應(yīng)變計(jì)的特性應(yīng)變計(jì)的特性靜態(tài)特性靜態(tài)特性1) 線性度線性度試件的應(yīng)變?cè)嚰膽?yīng)變和電阻的相對(duì)變化和電阻的相對(duì)變化R/R, 在理論上呈線性關(guān)系。在理論上呈線性關(guān)系。 但實(shí)際上但實(shí)際上, 在大應(yīng)變時(shí)在大應(yīng)變時(shí), 會(huì)出現(xiàn)非線性關(guān)系。會(huì)出現(xiàn)非線性關(guān)系。應(yīng)變計(jì)的非線性度一般要求在應(yīng)變計(jì)

15、的非線性度一般要求在0.05%或或1%以內(nèi)。以內(nèi)。2) 應(yīng)變極限應(yīng)變極限粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)所能測(cè)量的最大應(yīng)變值稱為應(yīng)變極限。粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)所能測(cè)量的最大應(yīng)變值稱為應(yīng)變極限。 在一定在一定的溫度的溫度 (室溫或極限使用溫度室溫或極限使用溫度) 下下, 對(duì)試件緩慢地施加均勻的拉伸載荷對(duì)試件緩慢地施加均勻的拉伸載荷, 當(dāng)應(yīng)變計(jì)的指示應(yīng)變值對(duì)真實(shí)應(yīng)變值的相對(duì)誤差大于當(dāng)應(yīng)變計(jì)的指示應(yīng)變值對(duì)真實(shí)應(yīng)變值的相對(duì)誤差大于10%時(shí)時(shí), 就認(rèn)為應(yīng)就認(rèn)為應(yīng)變計(jì)已達(dá)到破壞狀態(tài)變計(jì)已達(dá)到破壞狀態(tài), 此時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值就作為該批應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變極限。此時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值就作為該批應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變極限。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材

16、料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)233)機(jī)械滯后和熱滯后機(jī)械滯后和熱滯后遲滯遲滯 貼有應(yīng)變計(jì)的試件進(jìn)行加載和卸載時(shí)貼有應(yīng)變計(jì)的試件進(jìn)行加載和卸載時(shí), 其其R/R -特性曲線不重合。把加特性曲線不重合。把加載和卸載特性曲線的最大差值載和卸載特性曲線的最大差值,稱為應(yīng)變計(jì)的機(jī)械滯后值。稱為應(yīng)變計(jì)的機(jī)械滯后值。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)244)零漂零漂恒定溫度下恒定溫度下, 粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì), 在不承受載荷的條件下在不承受載荷的條件下, 電阻隨時(shí)電阻隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變計(jì)的零漂。間變化的特性稱為應(yīng)變計(jì)的零漂。零漂的

17、主要原因是零漂的主要原因是, 敏感柵通過(guò)工作電流后的溫度效應(yīng)敏感柵通過(guò)工作電流后的溫度效應(yīng), 應(yīng)變計(jì)的內(nèi)應(yīng)應(yīng)變計(jì)的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化力逐漸變化, 粘接劑固化不充分等。粘接劑固化不充分等。5) 疲勞壽命疲勞壽命 已安裝的應(yīng)變計(jì)已安裝的應(yīng)變計(jì), 在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下, 可以連續(xù)工作而不產(chǎn)可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)。生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)。所謂疲勞損壞是指應(yīng)變計(jì)指示應(yīng)變的變化超過(guò)規(guī)定誤差所謂疲勞損壞是指應(yīng)變計(jì)指示應(yīng)變的變化超過(guò)規(guī)定誤差, 或者應(yīng)變計(jì)的或者應(yīng)變計(jì)的輸出波形上出現(xiàn)毛刺輸出波形上出現(xiàn)毛刺, 或者應(yīng)變計(jì)完全損壞而無(wú)法工作。疲勞壽命反映或者應(yīng)變計(jì)完全損壞而

18、無(wú)法工作。疲勞壽命反映應(yīng)變計(jì)對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的適應(yīng)能力。應(yīng)變計(jì)的疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)一般可應(yīng)變計(jì)對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)變的適應(yīng)能力。應(yīng)變計(jì)的疲勞壽命的循環(huán)次數(shù)一般可達(dá)達(dá)106次。次。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)256) 最大工作電流最大工作電流最大工作電流是指允許通過(guò)應(yīng)變計(jì)而不影響其工作的最大電流值。最大工作電流是指允許通過(guò)應(yīng)變計(jì)而不影響其工作的最大電流值。工作電流大工作電流大, 應(yīng)變計(jì)輸出信號(hào)就大應(yīng)變計(jì)輸出信號(hào)就大, 因而靈敏度高。但過(guò)大的工作因而靈敏度高。但過(guò)大的工作電流會(huì)使應(yīng)變計(jì)本身過(guò)熱電流會(huì)使應(yīng)變計(jì)本身過(guò)熱, 使靈敏系數(shù)變化使靈敏系數(shù)變化, 零漂、蠕變?cè)黾恿闫?、?/p>

19、變?cè)黾? 甚至甚至燒壞應(yīng)變計(jì)。燒壞應(yīng)變計(jì)。工作電流的選取工作電流的選取, 要根據(jù)散熱條件而定要根據(jù)散熱條件而定, 主要取決于敏感柵的幾何主要取決于敏感柵的幾何形狀和尺寸、截面的形狀和大小、基底的尺寸和材料、粘合劑的形狀和尺寸、截面的形狀和大小、基底的尺寸和材料、粘合劑的材料和厚度以及試件的散熱性能等。通常允許電流值在靜態(tài)測(cè)量材料和厚度以及試件的散熱性能等。通常允許電流值在靜態(tài)測(cè)量時(shí)約取時(shí)約取25mA左右左右, 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可高一些動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可高一些, 箔式應(yīng)變計(jì)可取更大些。箔式應(yīng)變計(jì)可取更大些。在測(cè)量塑料、玻璃、陶瓷等導(dǎo)熱性差的材料時(shí)在測(cè)量塑料、玻璃、陶瓷等導(dǎo)熱性差的材料時(shí), 工作電流要取小些。

20、工作電流要取小些。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)26 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)273.4 3.4 應(yīng)變計(jì)的粘貼應(yīng)變計(jì)的粘貼粘合劑的選擇和粘貼質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到應(yīng)變計(jì)的工作情況，影響粘合劑的選擇和粘貼質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到應(yīng)變計(jì)的工作情況，影響測(cè)量結(jié)果的正確性。測(cè)量結(jié)果的正確性。要求：要求：1.1.有一定的粘度有一定的粘度2.2.能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變3.3.蠕變小蠕變小4.4.機(jī)械滯后小機(jī)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(duì)彈性元件和應(yīng)變計(jì)不產(chǎn)

21、生化對(duì)彈性元件和應(yīng)變計(jì)不產(chǎn)生化 學(xué)腐蝕作用學(xué)腐蝕作用8.8.有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存期有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存期9.9.應(yīng)有較大的溫度使用范圍應(yīng)有較大的溫度使用范圍 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)283.4.1 3.4.1 應(yīng)變計(jì)的粘貼應(yīng)變計(jì)的粘貼分類：分類：有機(jī)粘合劑：通常用于低溫、常溫和中溫。有機(jī)粘合劑：通常用于低溫、常溫和中溫。無(wú)機(jī)粘合劑：常用于高溫。無(wú)機(jī)粘合劑：常用于高溫。選用粘合劑時(shí)，要根據(jù)應(yīng)變片的工作條件、工作溫度、潮濕程度、有無(wú)化學(xué)選用粘合劑時(shí)，要根據(jù)應(yīng)變片的工作條件、工作溫度、潮濕程度、有無(wú)化學(xué)腐蝕、穩(wěn)定要求、加溫加壓、固化的可能性、粘貼時(shí)間長(zhǎng)短要求等因素考慮。

22、腐蝕、穩(wěn)定要求、加溫加壓、固化的可能性、粘貼時(shí)間長(zhǎng)短要求等因素考慮。并注意粘合劑的種類是否與應(yīng)變片基底材料相適應(yīng)。并注意粘合劑的種類是否與應(yīng)變片基底材料相適應(yīng)。如何選用粘合劑如何選用粘合劑 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)29 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)30n優(yōu)良的電阻應(yīng)變片和粘合劑，只有在正確的粘貼工藝基礎(chǔ)上才能得到良優(yōu)良的電阻應(yīng)變片和粘合劑，只有在正確的粘貼工藝基礎(chǔ)上才能得到良好的測(cè)試結(jié)果。因此，正確的粘貼工藝對(duì)保證粘貼質(zhì)量，提高測(cè)試精度好的測(cè)試結(jié)果。因此，正確的粘貼工藝對(duì)保證粘貼質(zhì)量，提高測(cè)試精度關(guān)系很大。

23、關(guān)系很大。3.4.2 3.4.2 應(yīng)變計(jì)粘貼工藝應(yīng)變計(jì)粘貼工藝 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)31一、應(yīng)變片檢查一、應(yīng)變片檢查1.1.外觀檢查外觀檢查n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。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。2.2.電阻值檢查電阻值檢查n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)確到準(zhǔn)確到0.050.05，配對(duì)

24、橋臂用的應(yīng)變片電阻值應(yīng)盡量相同。，配對(duì)橋臂用的應(yīng)變片電阻值應(yīng)盡量相同。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)32n二、修整應(yīng)變片二、修整應(yīng)變片1.1.對(duì)沒(méi)有標(biāo)注中心線標(biāo)記的應(yīng)變片，應(yīng)在其上基底上標(biāo)出中心線對(duì)沒(méi)有標(biāo)注中心線標(biāo)記的應(yīng)變片，應(yīng)在其上基底上標(biāo)出中心線；2.2.如果有需要應(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)如果有需要應(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；變片不可小于規(guī)定的最小長(zhǎng)度和寬度；3.3.對(duì)基底較光滑的膠基應(yīng)變片，可用細(xì)砂布將基底輕輕少許打磨對(duì)基底較光滑的膠基應(yīng)變片，可用細(xì)砂布將基底輕輕少許打磨，并用

25、溶劑洗凈。，并用溶劑洗凈。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)33n三、試件表面處理三、試件表面處理n為了使應(yīng)變片牢固地粘貼在試件表面上，必須將要貼應(yīng)變片的試件為了使應(yīng)變片牢固地粘貼在試件表面上，必須將要貼應(yīng)變片的試件表面部分使之平整光潔、無(wú)油漆、銹斑、氧化層、油污和灰塵等。表面部分使之平整光潔、無(wú)油漆、銹斑、氧化層、油污和灰塵等。n四、劃粘貼應(yīng)變片的定位線四、劃粘貼應(yīng)變片的定位線n為了保證應(yīng)變片粘貼位置的準(zhǔn)確，可用劃筆在試件表面畫(huà)出定為線為了保證應(yīng)變片粘貼位置的準(zhǔn)確，可用劃筆在試件表面畫(huà)出定為線。粘貼時(shí)，應(yīng)使應(yīng)變片的中心線與定為線對(duì)準(zhǔn)。粘貼時(shí)，應(yīng)使應(yīng)變片的

26、中心線與定為線對(duì)準(zhǔn)。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)34n五、粘貼應(yīng)變片五、粘貼應(yīng)變片n在處理好的粘貼位置上和應(yīng)變片基底上，各涂抹一層薄薄的粘合劑在處理好的粘貼位置上和應(yīng)變片基底上，各涂抹一層薄薄的粘合劑，稍待一段時(shí)間（視粘合劑的種類而定），然后將應(yīng)變片粘貼到預(yù)，稍待一段時(shí)間（視粘合劑的種類而定），然后將應(yīng)變片粘貼到預(yù)定的位置上。在應(yīng)變片上面放一層玻璃紙或一層透明的塑料薄膜，定的位置上。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粘合劑，使粘合劑層的厚度盡量減薄。然后用手滾壓擠出多余的粘合劑，使粘合劑層的厚度盡量減薄。n六、粘合劑

27、的固化處理六、粘合劑的固化處理n對(duì)粘合好的應(yīng)變片，依粘合劑固化要求進(jìn)行固化處理。對(duì)粘合好的應(yīng)變片，依粘合劑固化要求進(jìn)行固化處理。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)35n七、應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的檢查七、應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的檢查1.1.外觀檢查外觀檢查n觀察粘合層是否有氣泡，整個(gè)應(yīng)變片是否全部粘貼牢固，有無(wú)造成斷路觀察粘合層是否有氣泡，整個(gè)應(yīng)變片是否全部粘貼牢固，有無(wú)造成斷路、短路等危險(xiǎn)部位，還要觀察應(yīng)變片的位置是否正確；、短路等危險(xiǎn)部位，還要觀察應(yīng)變片的位置是否正確；2.2.電阻值檢查電阻值檢查n應(yīng)變片的電阻值在粘貼前后不應(yīng)有較大的變化；應(yīng)變片的電阻值在粘貼前后不應(yīng)

28、有較大的變化；3.3.絕緣電阻檢查絕緣電阻檢查n應(yīng)變片電阻絲與試件之間的絕緣電阻一般應(yīng)大于應(yīng)變片電阻絲與試件之間的絕緣電阻一般應(yīng)大于200M200M。用于檢查絕緣。用于檢查絕緣電阻的兆歐表，其電壓不應(yīng)高于電阻的兆歐表，其電壓不應(yīng)高于250V250V，而且檢查通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以，而且檢查通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以防應(yīng)變片擊穿。防應(yīng)變片擊穿。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)36n八、引出線的固定保護(hù)八、引出線的固定保護(hù)n粘貼好的應(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)變片電阻粘貼好的應(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

29、膠布將導(dǎo)線固定于試件表面，但固定時(shí)要考慮使絲和引出線被拉斷，用膠布將導(dǎo)線固定于試件表面，但固定時(shí)要考慮使引出線有呈彎曲形的余量和引線與試件之間的良好絕緣。引出線有呈彎曲形的余量和引線與試件之間的良好絕緣。n九、應(yīng)變片的防潮處理九、應(yīng)變片的防潮處理n應(yīng)變片粘貼好固化之后，要進(jìn)行防潮處理，以免潮濕引起絕緣電阻和粘應(yīng)變片粘貼好固化之后，要進(jìn)行防潮處理，以免潮濕引起絕緣電阻和粘合強(qiáng)度降低，影響測(cè)試精度。合強(qiáng)度降低，影響測(cè)試精度。n簡(jiǎn)單的方法是在應(yīng)變片上涂一層中性凡士林，有效期為數(shù)日。最好用石簡(jiǎn)單的方法是在應(yīng)變片上涂一層中性凡士林，有效期為數(shù)日。最好用石蠟或蜂蠟熔化后涂在應(yīng)變片表面（厚約蠟或蜂蠟熔化后涂

30、在應(yīng)變片表面（厚約2mm2mm），可常時(shí)間防潮。），可常時(shí)間防潮。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)37電橋測(cè)量電路是將非電量輸入轉(zhuǎn)換為電量輸出的最常用的辦法。電橋測(cè)量電路是將非電量輸入轉(zhuǎn)換為電量輸出的最常用的辦法。分類：分類：直流供橋放大直流供橋放大和和交流供橋載波放大交流供橋載波放大3.5.1直流供橋放大直流供橋放大 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)382143324143321121RRRRRRRRURRRRRRUUUUSC 12兩點(diǎn)的開(kāi)路電壓：兩點(diǎn)的開(kāi)路電壓：341232410RRRRRRRR 或或電橋平衡時(shí)電

31、橋平衡時(shí)If = 0= 0，或，或USC = 0，有：，有：電橋平衡條件：鄰臂之比相等或電橋平衡條件：鄰臂之比相等或?qū)Ρ鄢朔e相等。對(duì)臂乘積相等。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)39 2 21 14 43 33 32 24 41 1RRRRRRRRUUSC 2 21 11 14 43 31 14 42 21 11 14 43 33 32 21 11 14 4RRRRRRRURRRRRRRRRRUUSC 1 11 12 21 1RRnnUUSC 2 21 11 11 1nnURRUKSCu 1 11 11 1RRR nRRnRRnURRRRRRRRRRUUS

32、C1 11 11 11 11 12 21 11 13 34 41 11 13 34 41 11 11 11 1（鄰鄰臂臂比比）設(shè)設(shè)nRRRR 1 12 23 34 4 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)40分析分析:電橋電壓電橋電壓U一定時(shí)，一定時(shí)，n取何值，電橋靈敏度最高。取何值，電橋靈敏度最高。0 0 dndKU 0 01 11 14 42 2 nn時(shí)，電橋靈敏度最高。時(shí)，電橋靈敏度最高。，即：即：43211RRRRn UKRRURRnnUURRRRURRRRRRRRRRUUUSCSC4 41 14 41 11 12 21 11 11 14 41 11

33、11 11 11 11 11 12 21 11 11 11 13 34 41 12 21 11 11 11 13 34 4 電橋靈敏度：電橋靈敏度：理想的輸出電壓：理想的輸出電壓：實(shí)際的輸出電壓：實(shí)際的輸出電壓： 2 21 11 11 1nnURRUKSCu 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)41 3 34 41 12 21 11 11 11 13 34 42 21 11 14 43 33 32 21 11 14 41 11 1RRRRRRRRRRURRRRRRRRRRUUSC 1 11 13 34 41 12 23 34 41 11 1RRRRRRRRUU

34、SC nRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRUUUUUSCSCSCSCSCL 1 11 11 11 11 12 21 11 11 11 11 12 21 11 11 12 21 12 21 12 21 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1非線性誤差：非線性誤差： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)42對(duì)于一般應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，所受應(yīng)變通常在對(duì)于一般應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，所受應(yīng)變通常在5000以下，若取以下，若取K=2，則，則：但若對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，但若對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，K=130，當(dāng)承受應(yīng)變?yōu)椋?dāng)承受應(yīng)變?yōu)?000時(shí)：時(shí)：%.RRR

35、RRR.KRR5 50 01 10 01 10 02 21 10 05 50 00 00 01 12 21 11 11 11 16 61 11 1 %RRRRRR.KRR6 61 11301300 01301301010100010001 12 21 11 11 11 16 61 11 1 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)43n（1 1）提高橋臂比）提高橋臂比 提高橋臂比提高橋臂比n n可以減小線性誤差，但可以減小線性誤差，但n n增大同時(shí)會(huì)降低靈敏度，為了不增大同時(shí)會(huì)降低靈敏度，為了不降低靈敏度，必須適當(dāng)提高供橋電壓降低靈敏度，必須適當(dāng)提高供橋電壓U U

36、 。 n（2 2）采用差動(dòng)電路）采用差動(dòng)電路n半橋差動(dòng)電路或全橋差動(dòng)電路半橋差動(dòng)電路或全橋差動(dòng)電路 1 11 11 11 11 12 22 21 1 1 1RRnRRUUURRn,UnnKSCSCSCLU 非非線線性性誤誤差差：其其中中橋橋臂臂比比靈靈敏敏度度：減小或消除非線性誤差、提高靈敏度的方法減小或消除非線性誤差、提高靈敏度的方法 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)44半橋差動(dòng)電路半橋差動(dòng)電路如果橋臂電阻如果橋臂電阻R1和鄰邊橋臂電阻和鄰邊橋臂電阻R2都用應(yīng)變片代替，且使其中一個(gè)應(yīng)變都用應(yīng)變片代替，且使其中一個(gè)應(yīng)變片受拉力，另外一個(gè)受壓力，這種接法就稱

37、為半橋差動(dòng)工作電路。片受拉力，另外一個(gè)受壓力，這種接法就稱為半橋差動(dòng)工作電路。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)45URRRRRRRRRUUUSC 4 43 33 32 22 21 11 11 11 12 21 12 21 14 43 32 21 1RRRRRRR UKRRUURRRUSCSC2 21 12 21 12 21 12 21 11 11 11 11 1半橋差動(dòng)電路半橋差動(dòng)電路 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)46全橋差動(dòng)電路：全橋差動(dòng)電路：如果四個(gè)橋臂電阻都由應(yīng)變片代替，且使兩個(gè)應(yīng)變片受拉如果四個(gè)橋臂電阻都

38、由應(yīng)變片代替，且使兩個(gè)應(yīng)變片受拉, ,另兩個(gè)受壓，另兩個(gè)受壓，并將應(yīng)變片符號(hào)相同的應(yīng)變片接到相對(duì)的橋臂上，這種接法稱為全橋差并將應(yīng)變片符號(hào)相同的應(yīng)變片接到相對(duì)的橋臂上，這種接法稱為全橋差動(dòng)工作電路。動(dòng)工作電路。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)47URRRRRRRRRRRRUUUSC 4 44 43 33 33 33 32 22 21 11 11 11 12 21 14 43 32 21 14 43 32 21 1RRRRRRRRR UKRRUURRRRRRUSCSC1 11 13 33 33 31 11 11 12 22 2全橋差動(dòng)電路全橋差動(dòng)電路 物理

39、與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)48（3 3）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋 IRRRRRRIIRRRRRRIIIIRRIRRI4 43 32 21 12 21 12 24 43 32 21 14 43 31 12 21 14 43 32 22 21 11 1IRRRRRRRRRIRIU4 43 32 21 13 32 24 41 13 32 21 11 10 0 RRRIIRRRRU4 41 11 14 41 14 40 0 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)49優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n1.1.高穩(wěn)定的直流電源容易獲

40、得，輸出是直流量，精度高；高穩(wěn)定的直流電源容易獲得，輸出是直流量，精度高；n2.2.連接導(dǎo)線要求低，不會(huì)引起分布參數(shù)；連接導(dǎo)線要求低，不會(huì)引起分布參數(shù)；n3.3.在實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)平衡時(shí)電路簡(jiǎn)單，僅需對(duì)純電阻加以調(diào)整即可。在實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)平衡時(shí)電路簡(jiǎn)單，僅需對(duì)純電阻加以調(diào)整即可。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n1.1.容易引起工頻干擾。容易引起工頻干擾。n2.2.由于電橋輸入電壓都很小，后續(xù)電路要采用直流放大器，易產(chǎn)生零由于電橋輸入電壓都很小，后續(xù)電路要采用直流放大器，易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路比較復(fù)雜。點(diǎn)漂移，線路比較復(fù)雜。直流電橋的優(yōu)缺點(diǎn)：直流電橋的優(yōu)缺點(diǎn)： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技

41、術(shù)50nFQJ-型教學(xué)用非平衡直流電橋型教學(xué)用非平衡直流電橋 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)51實(shí)驗(yàn)所用裝置實(shí)驗(yàn)所用裝置 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)52n當(dāng)采用交流供橋載波放大時(shí)，應(yīng)變電橋也需交流電源供電。這時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)采用交流供橋載波放大時(shí)，應(yīng)變電橋也需交流電源供電。這時(shí)應(yīng)考慮分布電容的影響，相當(dāng)于應(yīng)變計(jì)并聯(lián)一個(gè)電容。分布電容的影響，相當(dāng)于應(yīng)變計(jì)并聯(lián)一個(gè)電容。3.5.2 3.5.2 交流電橋的平衡條件和電壓輸出交流電橋的平衡條件和電壓輸出 4 43 32 21 13 32 24 41 1ZZZZZZZZUUSC

42、 0 03 32 24 41 1 ZZZZ 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)53 3 32 24 41 14 43 32 21 14 44 44 44 43 33 33 33 32 22 22 22 21 11 11 11 14 43 32 21 1zzzzezjxrZezjxrZezjxrZezjxrZjjjj平衡條件：平衡條件：不僅各橋臂復(fù)阻抗的模要滿足一定的比例關(guān)系，且相對(duì)橋臂的不僅各橋臂復(fù)阻抗的模要滿足一定的比例關(guān)系，且相對(duì)橋臂的幅角和幅角和必必須相等。須相等。其中：其中：r1r4，x1x4分別為各橋臂的電阻和電抗；分別為各橋臂的電阻和電抗； z1

43、z4，14分別為各復(fù)阻抗的模值和復(fù)角。分別為各復(fù)阻抗的模值和復(fù)角。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)54交流電橋的調(diào)平方法交流電橋的調(diào)平方法n電阻調(diào)平法：電阻調(diào)平法： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)55n電容調(diào)平法：電容調(diào)平法： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)56當(dāng)當(dāng)Z1Z時(shí)，同直流電橋分析方法得出：時(shí)，同直流電橋分析方法得出： 2 21 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 14 41 1CRjRZCRjRZZZUUSC 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材

44、料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)57n交流電壓的不平衡輸出：交流電壓的不平衡輸出：1 11 11 11 11 11 13 32 21 12 24 41 11 1ZZUU.ZZUU.ZZUU.SCSCSC 出電壓：出電壓：全橋差動(dòng)電路時(shí)，其輸全橋差動(dòng)電路時(shí)，其輸出電壓：出電壓：半橋差動(dòng)電路時(shí)，其輸半橋差動(dòng)電路時(shí)，其輸出電壓：出電壓：?jiǎn)伪劢涣麟姌驎r(shí)，其輸單臂交流電橋時(shí)，其輸 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)583.6 3.6 溫度誤差及其補(bǔ)償方法溫度誤差及其補(bǔ)償方法3.6.13.6.1溫度誤差產(chǎn)生的原因溫度誤差產(chǎn)生的原因應(yīng)變計(jì)的溫度誤差應(yīng)變計(jì)的溫度

45、誤差：（熱輸出）：（熱輸出）由于環(huán)境溫度改變而帶來(lái)的誤差，稱為應(yīng)由于環(huán)境溫度改變而帶來(lái)的誤差，稱為應(yīng)變計(jì)的溫度誤差。變計(jì)的溫度誤差。電阻應(yīng)變計(jì)由于溫度的變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變?cè)斐傻碾娮枳兓瘞纂娮钁?yīng)變計(jì)由于溫度的變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變?cè)斐傻碾娮枳兓瘞缀蹙哂邢嗤臄?shù)量級(jí)，如果不采取適當(dāng)措施加以解決，應(yīng)變計(jì)將無(wú)法正常乎具有相同的數(shù)量級(jí)，如果不采取適當(dāng)措施加以解決，應(yīng)變計(jì)將無(wú)法正常工作。工作。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)59熱輸出是由應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)和敏感柵材料與被測(cè)試件材熱輸出是由應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)和敏感柵材料與被測(cè)試

46、件材料之間線膨脹系數(shù)的差異共同作用、迭加的結(jié)果。料之間線膨脹系數(shù)的差異共同作用、迭加的結(jié)果。 原因有二點(diǎn)：原因有二點(diǎn)：1.1.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。 TRRTRR 0 00 00 01 1絲絲TRRRR 0 00 0絲絲絲絲為應(yīng)變絲的電阻溫為應(yīng)變絲的電阻溫度系數(shù)度系數(shù) 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)602.2.試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一致，使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一致，使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。而造成的電阻變化。 TllTllTllTllllTllTll

47、0 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 1構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件構(gòu)件絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲 Tllll 0 0絲絲構(gòu)構(gòu)件件絲絲構(gòu)構(gòu)件件 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)61 TllTll 絲絲構(gòu)件構(gòu)件附加附加絲絲構(gòu)件構(gòu)件0 00 0 TkkRR 絲絲構(gòu)件構(gòu)件附加附加附加附加0 0 TkRTRRRRT 絲絲構(gòu)構(gòu)件件附附加加絲絲0 00 0 TkTRRT 絲絲構(gòu)件構(gòu)件0 0 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)62由上式可知：由于溫度變化引起了附加電阻變化或造成了虛假應(yīng)變，從由上式可知：

48、由于溫度變化引起了附加電阻變化或造成了虛假應(yīng)變，從而給測(cè)量帶來(lái)了誤差。而給測(cè)量帶來(lái)了誤差。電阻變化除與環(huán)境溫度變化電阻變化除與環(huán)境溫度變化T T有關(guān)外，還與應(yīng)變計(jì)本身的性能參數(shù)有關(guān)外，還與應(yīng)變計(jì)本身的性能參數(shù)k k，構(gòu)件構(gòu)件，絲絲有關(guān)。有關(guān)。 TkTkRRTT 絲絲構(gòu)件構(gòu)件0 0視應(yīng)變（總附加虛假應(yīng)變量）：視應(yīng)變（總附加虛假應(yīng)變量）： 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)63熱輸出是靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量中最大的誤差源，而且應(yīng)變計(jì)的熱輸出誤差隨著熱輸出是靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量中最大的誤差源，而且應(yīng)變計(jì)的熱輸出誤差隨著熱輸出值的增大而增大。當(dāng)測(cè)試環(huán)境存在溫度梯度或瞬變時(shí)這種差異就熱

49、輸出值的增大而增大。當(dāng)測(cè)試環(huán)境存在溫度梯度或瞬變時(shí)這種差異就更大。因此，理想的情況是應(yīng)變計(jì)的熱輸出值等于零。更大。因此，理想的情況是應(yīng)變計(jì)的熱輸出值等于零。 溫度變化還可以通過(guò)其他的途徑來(lái)影響應(yīng)變計(jì)的工作。例如溫度變化將溫度變化還可以通過(guò)其他的途徑來(lái)影響應(yīng)變計(jì)的工作。例如溫度變化將影響到粘合劑傳遞變形的能力，溫度過(guò)高甚至?xí)拐澈蟿┸浕耆珕适в绊懙秸澈蟿﹤鬟f變形的能力，溫度過(guò)高甚至?xí)拐澈蟿┸浕耆珕适鬟f變形能力。傳遞變形能力。在常溫和正常工作條件下，這兩個(gè)因素是造成應(yīng)變計(jì)溫度誤差的主要原在常溫和正常工作條件下，這兩個(gè)因素是造成應(yīng)變計(jì)溫度誤差的主要原因。因。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)

50、學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)64n1.1.電橋補(bǔ)償法；電橋補(bǔ)償法；n2.2.輔助測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法；輔助測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法；n3.3.應(yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法；應(yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法；n4.4.熱敏電阻補(bǔ)償法。熱敏電阻補(bǔ)償法。3.6.2 3.6.2 溫度補(bǔ)償方法溫度補(bǔ)償方法 TkTkRRTT 絲絲構(gòu)件構(gòu)件0 0 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)65n在被測(cè)試件上安裝一個(gè)工作應(yīng)變計(jì)，在另外一個(gè)與被測(cè)試件的材在被測(cè)試件上安裝一個(gè)工作應(yīng)變計(jì)，在另外一個(gè)與被測(cè)試件的材料相同，但不受力的補(bǔ)償件上安裝一個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。料相同，但不受力的補(bǔ)償件上安裝一個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。n

51、要求：補(bǔ)償件與被測(cè)試件處于完全相同的溫度場(chǎng)內(nèi)。要求：補(bǔ)償件與被測(cè)試件處于完全相同的溫度場(chǎng)內(nèi)。測(cè)量時(shí)，測(cè)量時(shí)，使兩者接入電橋的相鄰臂上。使兩者接入電橋的相鄰臂上。例如：例如：R R1 1為工作應(yīng)變片，為工作應(yīng)變片，R R2 2為為溫度補(bǔ)償片。溫度補(bǔ)償片。1.1.電橋補(bǔ)償法（補(bǔ)償片法）電橋補(bǔ)償法（補(bǔ)償片法） 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)66n由于補(bǔ)償片由于補(bǔ)償片R2與工作片與工作片R1完全相同，且都貼在同樣材質(zhì)的試件上，并完全相同，且都貼在同樣材質(zhì)的試件上，并處于同樣的溫度下，這樣由于溫度變化使工作片產(chǎn)生的電阻變化處于同樣的溫度下，這樣由于溫度變化使工作片

52、產(chǎn)生的電阻變化R1,與補(bǔ)償片電阻變化與補(bǔ)償片電阻變化R2相等。相等。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)67RRRRRR 2 22 21 11 1 當(dāng)當(dāng)4 43 32 21 13 32 24 41 10 0RRRRRRRR 或或 3 32 24 41 13 33 32 24 44 41 1RRRRRRRRRRRRRR 2 21 14 43 3RR,RR 0 0 SCU即電橋平衡條件仍成立即電橋平衡條件仍成立 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)68n電阻電阻R1,R2必須屬于同一個(gè)批號(hào)的，即他們的電阻溫度系數(shù)必須屬于同一個(gè)批

53、號(hào)的，即他們的電阻溫度系數(shù)、線膨脹、線膨脹系數(shù)系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；n用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；要求兩者線膨脹系數(shù)相等；n兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。電橋補(bǔ)償要達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件：電橋補(bǔ)償要達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件： TkTkRRTT 絲絲構(gòu)件構(gòu)件0 0 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)69n橋路補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：橋路

54、補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單、方便，在常溫下補(bǔ)償效果較好。方法簡(jiǎn)單、方便，在常溫下補(bǔ)償效果較好。n其缺點(diǎn)：其缺點(diǎn)：在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補(bǔ)償片處于溫在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補(bǔ)償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補(bǔ)償效果。度完全一致的情況，因而影響補(bǔ)償效果。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)702.2.輔助測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法輔助測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法該方法的基本思想是在傳感器內(nèi)靠近敏感測(cè)量元件處安裝一個(gè)該方法的基本思想是在傳感器內(nèi)靠近敏感測(cè)量元件處安裝一個(gè)測(cè)溫元件測(cè)溫元件，用以檢測(cè)傳感器所在環(huán)境的溫度。用以檢測(cè)傳感器

55、所在環(huán)境的溫度。常用的測(cè)溫元件有半導(dǎo)體熱敏電阻以及常用的測(cè)溫元件有半導(dǎo)體熱敏電阻以及PN結(jié)二極管等等。結(jié)二極管等等。測(cè)溫元件的輸出和應(yīng)變計(jì)感受到的信號(hào)一樣均被傳送給計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟測(cè)溫元件的輸出和應(yīng)變計(jì)感受到的信號(hào)一樣均被傳送給計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件進(jìn)行補(bǔ)償。件進(jìn)行補(bǔ)償。 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)71n自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)是一種特殊的應(yīng)變計(jì)。當(dāng)溫度變化時(shí)，產(chǎn)生的附加應(yīng)變自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)是一種特殊的應(yīng)變計(jì)。當(dāng)溫度變化時(shí)，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)闉?或者相互抵消?；蛘呦嗷サ窒?。n用自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ń袘?yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法。用自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ń袘?yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法。選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)3.應(yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法應(yīng)變計(jì)自補(bǔ)償法 物理與材料科學(xué)學(xué)院物理與材料科學(xué)學(xué)院 傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)72n（1 1）選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（單絲自補(bǔ)償）選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（單絲自補(bǔ)償）n實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為：實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為： TkTRRT 絲絲構(gòu)