傳感技術(shù)第2章電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器

第2章電阻應(yīng)變計(jì)式

傳感器電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用1.2第2章電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性2.22.3測(cè)量電路2.4電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器2.52.6電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用一、導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)電阻應(yīng)變式傳感器是目前用于測(cè)量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感器是利用應(yīng)變效應(yīng)制造的一種測(cè)量微小變化量(機(jī)械)的理想傳感器。導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“應(yīng)變效應(yīng)”。3實(shí)驗(yàn)演示：

取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺(tái)數(shù)字式歐姆表（分辨率為1/2000），記下其初始阻值（圖中為10.01）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為10.05）。測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變、力的傳感器就是利用類(lèi)似的原理制作的。42.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用52.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用（2-2）

當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)dl，橫截面積相應(yīng)減小dA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對(duì)變化量為：

一根長(zhǎng)l，截面積為A的金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：（2-1）62.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用ll+dl2r2(r-dr)F圖

導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化dr/r為金屬絲半徑的相對(duì)變化，即徑向應(yīng)變?yōu)棣舝，由材料力學(xué)知：εr=–μεA=πr2dA/A=2·dr/r式中——材料的軸向線應(yīng)變，用ε表示，常用單位με(1με=1×10-6mm/mm);

————圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量，設(shè)r為電阻絲的半徑：72.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用μ——導(dǎo)體材料的泊松比?？傻茫海?-3）（2-4）82.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱(chēng)為電阻絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)靈敏系數(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：

靈敏系數(shù)K受兩個(gè)因素影響：材料幾何尺寸的變化，即1+2μ；材料的電阻率發(fā)生的變化，即（dρ/ρ）/ε。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)。1)金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)對(duì)金屬材料來(lái)說(shuō)，電阻絲靈敏度系數(shù)表達(dá)式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，顯然，金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主。金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。對(duì)金屬或合金,一般Km=1.8～4.8。92.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)

壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料，當(dāng)某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。式中：π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù); σ——半導(dǎo)體材料的所受應(yīng)變力;

E——半導(dǎo)體材料的彈性模量;（2-5）102.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用則：

由于πE>>(1+2μ)，因此半導(dǎo)體絲材的靈敏系數(shù)Ks≈πE?？梢?jiàn)，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。通常Ks=(50～80)Km。（2-6）112.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用金屬-半導(dǎo)體應(yīng)變片特性小結(jié):靈敏度金屬電阻絲:Km=1+2m,m為金屬材料的泊松系數(shù),m=0.3~0.5半導(dǎo)體材料:Ks=(50~80)Km,可測(cè)微小應(yīng)變（600微應(yīng)變，長(zhǎng)度相對(duì)變化量為10-6為1微應(yīng)變）線性度金屬電阻絲：非線性誤差小，在較大測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)變片靈敏系數(shù)基本不變。半導(dǎo)體材料：非線性誤差嚴(yán)重，測(cè)量范圍小。動(dòng)態(tài)特性金屬電阻絲：響應(yīng)速度在低頻時(shí)較好，但隨頻率提高，響應(yīng)速度有可能跟不上而導(dǎo)致失真半導(dǎo)體材料：因體積小，保證響應(yīng)速度良好的頻率范圍較寬。2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用1213利用應(yīng)變片測(cè)量的基本原理：應(yīng)力值正比于應(yīng)變，而應(yīng)變又正比于電阻值的變化，所以應(yīng)力正比于電阻值的變化。2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用142.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用二、電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型圖

典型應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)及組成(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體1—敏感柵2—基底3—引線4—蓋層5—粘結(jié)劑6—電極152.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用bl電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)(1)敏感柵:實(shí)現(xiàn)試件表面應(yīng)變－－電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。通常由直徑為0.015～0.05mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。(2)基底:為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。

(3)引線:起著敏感柵與測(cè)量電路之間的過(guò)渡連接和引導(dǎo)作用。通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。162.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)(4)蓋層：用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層；起著防潮、防蝕、防損等作用。(5)粘結(jié)劑：制造應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底；使用應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它把應(yīng)變計(jì)基底粘貼在試件表面的被測(cè)部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類(lèi)。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂，聚酰亞胺等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。172.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用電阻應(yīng)變計(jì)的類(lèi)型1)金屬絲式應(yīng)變片

主要有絲繞式（回線式）和短接式二種?；鼐€式最為常用，制作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但橫向效應(yīng)較大。短接式應(yīng)變計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是橫向效應(yīng)系數(shù)很小(<0.1％)，但由于它的焊點(diǎn)多，焊點(diǎn)處截面變化劇烈，因而疲勞壽命短。

182.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2)金屬箔式應(yīng)變片

利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約0.003～0.01mm的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱(chēng)為應(yīng)變花。箔柵的表面積比絲柵的要大，散熱性好，允許通過(guò)較大的電流，因而可以輸出較強(qiáng)的信號(hào)，提高測(cè)量靈敏度；敏感柵的橫向端部為較寬的柵條，故橫向效應(yīng)較小；蠕變小、疲勞壽命長(zhǎng)；制造工藝自動(dòng)化，可成批生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。192.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用203)半導(dǎo)體應(yīng)變片由單晶半導(dǎo)體經(jīng)切型、切條、光刻腐蝕成形，然后粘貼在薄的絕緣基片，最后再加上保護(hù)層。

但重復(fù)性、溫度及時(shí)間穩(wěn)定性差。靈敏系數(shù)大，比絲柵式、箔片式大幾十倍，因而輸出的信號(hào)大；橫向效應(yīng)系數(shù)??；機(jī)械滯后??；本身的體積小，便于制作小型傳感器。212.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性應(yīng)變計(jì)多為一次性使用，應(yīng)變計(jì)的特性是按規(guī)定的條件，從大批量生產(chǎn)中按比例抽樣實(shí)測(cè)而得。靜態(tài)特性靈敏系數(shù)K，應(yīng)變計(jì)的軸向應(yīng)變一般K＜K022橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)H由于傳感器是多線的，線與線之間連接部分不在測(cè)量方向上，引起橫向效應(yīng)計(jì)算公式：

H——雙向靈敏系數(shù)比標(biāo)定情況下： 可見(jiàn)，橫向效應(yīng)使傳感器的靈敏度系數(shù)下降，必須使H減小絲繞式應(yīng)變計(jì)的長(zhǎng)度要長(zhǎng)、橫柵要小。對(duì)橫向效應(yīng)分析結(jié)果的應(yīng)用結(jié)果之一是箔式應(yīng)變計(jì)2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性23機(jī)械滯后（回差）原因：基底材料、粘結(jié)劑的材料、殘余變形通常要求：卸載加載真實(shí)應(yīng)變指示應(yīng)變02.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性24蠕變與零漂零漂和蠕變反映傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性應(yīng)變極限應(yīng)變計(jì)的線性范圍，是衡量應(yīng)變計(jì)測(cè)量范圍和過(guò)載能力的指標(biāo)，一般

＞8000真實(shí)應(yīng)變指示應(yīng)變2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性25動(dòng)態(tài)特性機(jī)械應(yīng)變以聲波的形式和速度在材料中傳播的。當(dāng)它依次通過(guò)一定厚度的基底、膠層并引起應(yīng)變計(jì)的響應(yīng)時(shí)，會(huì)有時(shí)間的遲后。響應(yīng)遲后對(duì)動(dòng)態(tài)(高頻)應(yīng)變測(cè)量，尤會(huì)產(chǎn)生誤差。動(dòng)態(tài)特性就是指其感受隨時(shí)間變化的應(yīng)變時(shí)之響應(yīng)特性。2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性26對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)一頻率為f，幅值為ε0的正弦波，以速度v沿著應(yīng)變計(jì)縱向x方向傳播時(shí)，在某一瞬時(shí)t：應(yīng)變計(jì)中點(diǎn)xt的瞬時(shí)應(yīng)變?yōu)?/p>

而柵長(zhǎng)l范圍〔xt±（l/2）〕內(nèi)的平均應(yīng)變?yōu)橄鄬?duì)誤差為：上式表明，當(dāng)頻率增加時(shí)，誤差增大,因此應(yīng)使：2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性27疲勞壽命應(yīng)變計(jì)的疲勞壽命是指：在恒定幅值的交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變計(jì)連續(xù)工作，直至產(chǎn)生疲勞損壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)。當(dāng)應(yīng)變計(jì)出現(xiàn)以下三種情形之一者，即可認(rèn)為是疲勞損壞：（1）敏感柵或引線發(fā)生斷路；（2）應(yīng)變計(jì)輸出幅值變化10%；（3）應(yīng)變計(jì)輸出波形上出現(xiàn)穗狀尖峰。2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性28一、溫度效應(yīng)及其熱輸出1、溫度效應(yīng)設(shè)工作溫度變化為Δt℃，則引起粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)電阻的相對(duì)變化為:式中α

t——敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)；

K——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；

βs、βt——分別為試件和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)。（2-7）

292.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2、熱輸出相對(duì)的熱輸出為:

應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時(shí)，這種熱輸出干擾必須加以補(bǔ)償。（2-8）

30虛假應(yīng)變2.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償二、熱輸出補(bǔ)償方法1、溫度自補(bǔ)償法精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償。(1)單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

在研制和選用應(yīng)變計(jì)時(shí)，若選擇敏感柵的合金材料，其αt

、βt能與試件材料的βs相匹配，即滿足，達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹＃?-9）

312.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償1、溫度自補(bǔ)償法(2)雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

敏感柵由電阻溫度系數(shù)一正一負(fù)的兩種合金絲串接而成。當(dāng)工作溫度變化時(shí)，若Ra柵產(chǎn)生正的熱輸出εa與Rb柵產(chǎn)生負(fù)的熱輸出εb相等或相近，就可達(dá)到自補(bǔ)償?shù)哪康?，?（2-10）

（a）回線式（b）短接式322.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2、橋路補(bǔ)償法（1）雙絲半橋式雙絲半橋式熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)332.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2、橋路補(bǔ)償法（1）雙絲半橋式

敏感柵由同符號(hào)電阻溫度系數(shù)的兩種合金絲串接而成，工作柵R1接入工作臂，補(bǔ)償柵R2外接串接電阻RB(不敏感溫度影響)接入補(bǔ)償臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要電橋工作臂和補(bǔ)償臂的熱輸出相等或相近，就能達(dá)到熱補(bǔ)償目的。（2-11）

342.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2、橋路補(bǔ)償法（2）補(bǔ)償塊法

補(bǔ)償塊半橋熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

使用兩個(gè)相同的應(yīng)變計(jì)。R1貼在試件上，接入電橋工作臂，R2貼在與試件同材料、同環(huán)境溫度，但不參與機(jī)械應(yīng)變的補(bǔ)償塊上，接入電橋相鄰臂作補(bǔ)償臂，補(bǔ)償臂產(chǎn)生與工作臂相同的熱輸出，通過(guò)電橋，起到補(bǔ)償作用。352.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2、橋路補(bǔ)償法（3）差動(dòng)電橋法

巧妙地安裝應(yīng)變片可以起補(bǔ)償作用并提高靈敏度。

將兩個(gè)應(yīng)變片分別貼于測(cè)懸梁上下對(duì)稱(chēng)位置，R1、RB特性相同，所以?xún)呻娮枳兓迪嗤?hào)相反。因而電橋輸出電壓比單片時(shí)增加1倍。當(dāng)梁上下溫度一致時(shí)，RB與R1可起溫度補(bǔ)償作用。

差動(dòng)電橋法362.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償1、應(yīng)變計(jì)的選用（1）選擇類(lèi)型——使用目的、要求、對(duì)象、環(huán)境等（2）材料考慮——使用溫度、時(shí)間、最大應(yīng)變量及精度（3）阻值選擇——根據(jù)測(cè)量電路和儀器選定標(biāo)稱(chēng)電阻（4）尺寸考慮——試件表面、應(yīng)力分布、粘貼面積（5）其他考慮——特殊用途、惡劣環(huán)境、高精度372.4電阻應(yīng)變計(jì)式的應(yīng)用2、應(yīng)變計(jì)的使用（1）粘結(jié)劑的選擇通常在室溫工作的應(yīng)變片多采用常溫、指壓固化條件的粘結(jié)劑如聚脂樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)。（2）應(yīng)變計(jì)的粘貼

①準(zhǔn)備——試件和應(yīng)變片；②涂膠；③貼片；④復(fù)查；⑤接線；⑥防護(hù)。382.4電阻應(yīng)變計(jì)式的應(yīng)用2.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路電阻應(yīng)變儀392.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路應(yīng)變電橋直流電橋與交流電橋直流電橋只接入電阻交流電橋可接入LC平衡電橋與不平衡電橋半等臂與全等臂輸出端對(duì)稱(chēng)與電源對(duì)稱(chēng)402.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路直流電橋及其輸出特性電橋平衡的條件：相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等，或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。電壓輸出橋的輸出特性

輸出電壓：URLR2R3R1R4U0412.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路代入ΔR：分子分母同除以R1R3,并略去高除微量得：如果為全等臂電橋或半等臂電橋，n=1，則：考慮到ΔRi

<<Ri，可簡(jiǎn)寫(xiě)為：42n=R2/R12.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路如果單臂工作，如R1，則：因此，單臂電橋的電壓靈敏度為：43分析上述可知：電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，供電電壓越高，電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制；電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。當(dāng)供橋電壓和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂阻值大小無(wú)關(guān)。2.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路n

=1時(shí)，Su

為最大442.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路和差特性452.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路非線性特性從上述各式可看出，只有ΔR很小時(shí)，橋路的輸出才為線性非線性誤差為（等臂電橋單臂工作）采用金屬應(yīng)變計(jì)，減小ΔR，在一定精度條件下可免去補(bǔ)償措施半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)雖然靈敏度高，但非線性誤差大46若滿足:R1=R2=R3=R4,ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，可見(jiàn)：全橋差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差；電壓靈敏度Su=U是使用單個(gè)應(yīng)變片的4倍。R2-ΔR2R3+ΔR3R1+ΔR1U0URLR4–ΔR42.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路47非線性補(bǔ)償差動(dòng)電橋（和差特性）則輸出電壓為：

2.5電阻應(yīng)變計(jì)式的測(cè)量電路交流電橋引入原因：由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂。由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容。由于低漂移集成運(yùn)算放大器的發(fā)展，直流電橋得到了廣泛應(yīng)用。482.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器測(cè)量系統(tǒng)組成應(yīng)力施力彈性模量面積492.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器變化電阻應(yīng)變計(jì)電橋電路機(jī)械應(yīng)變U(I)變化電阻應(yīng)變儀放大、顯示50測(cè)量系統(tǒng)組成測(cè)定試件應(yīng)力或應(yīng)變時(shí)，直接將應(yīng)變片粘貼在試件上；其他物理量（力、壓力、加速度等），需先將這些量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變——彈性元件。彈性元件傳感元件(應(yīng)變片)被測(cè)非電量電阻應(yīng)變512.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器

一.原理和特點(diǎn)電阻應(yīng)變計(jì)有兩方面的應(yīng)用：一是作為敏感元件，直接用于被測(cè)試件的應(yīng)變測(cè)量；另一是作為轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)彈性元件構(gòu)成傳感器，用以對(duì)任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其它物理量作簡(jiǎn)接測(cè)量。2.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器52應(yīng)變計(jì)式傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)：(1)應(yīng)用和測(cè)量范圍廣用應(yīng)變計(jì)可制成各種機(jī)械量傳感器，如測(cè)力傳感器可測(cè)10－2～107N，壓力傳感器可測(cè)103～108Pa，加速度傳感器可測(cè)到103級(jí)m/s2。

(2)分辨力(1με)和靈敏度高，尤其是用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，靈敏度可達(dá)幾十mV/V；精度較高(一般達(dá)1%～3%F.S.，高精度達(dá)0.1%～0.01%F.S.)。2.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器53(3)結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響??；對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)施對(duì)環(huán)境干擾的隔離或補(bǔ)償，從而可以在高低溫、高壓、高速、強(qiáng)磁場(chǎng)、核幅射等特殊環(huán)境中使用；頻率響應(yīng)好。

(4)商品化，選用和使用都方便，也便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量。2.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器54因此，目前傳感器的種類(lèi)雖已繁多，但高精度的傳感器仍以應(yīng)變計(jì)式應(yīng)用最普遍。它廣泛用機(jī)械、冶金、石油、建筑、交通、水利和宇航等部門(mén)的自動(dòng)測(cè)量與控制或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中；近年來(lái)在生物、醫(yī)學(xué)、體育和商業(yè)等部門(mén)亦已得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

2.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器552.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器二.應(yīng)變計(jì)式傳感器

1.測(cè)力傳感器

應(yīng)變計(jì)式傳感器的最大用武之地還是稱(chēng)重和測(cè)力領(lǐng)域。這種測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)由應(yīng)變計(jì)、彈性元件和一些附件所組成。視彈性元件結(jié)構(gòu)型式(如柱形、筒形、環(huán)形、梁式、輪幅式等)和受載性質(zhì)(如拉、壓、彎曲和剪切等)的不同，它們有許多種類(lèi)。

56柱式力傳感器F-ε2+ε1截面積SF(a)實(shí)心圓柱F面積S-ε1+ε2(b)空心圓柱F軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，取符號(hào)相反的應(yīng)變，以構(gòu)成差動(dòng)。572.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器將應(yīng)變片對(duì)稱(chēng)地貼在應(yīng)力均勻的圓柱表面中部，構(gòu)成差動(dòng)對(duì)。柱式力傳感器應(yīng)變片的粘貼與橋路連接u0UiR1R3R5R7R6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5R1(a)圓柱面展開(kāi)圖(b)橋路連接582.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器592.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器602.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器梁式力傳感器FR1、R4R2、R3hl0上、下表面對(duì)稱(chēng)位置分別粘有4只應(yīng)變片，R1、R4同側(cè)；R3、R2同側(cè)，可構(gòu)成全差動(dòng)電橋。2612.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器622.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。632.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器642.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器2.壓力傳感器

壓力傳感器主要用來(lái)測(cè)量流體的壓力。視其彈性體的結(jié)構(gòu)形式有單一式和組合式之分。單一式壓力傳感器是指應(yīng)變計(jì)直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。膜片式應(yīng)變壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力分布及布片，與固態(tài)壓阻式傳感器雷同(參閱2.6節(jié))。

652.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器筒式應(yīng)變壓力傳感器

(a)結(jié)構(gòu)示意；(b)筒式彈性元件；(c)應(yīng)變計(jì)布片

1—插座；2—基體；3—溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)；4—工作應(yīng)變計(jì)；5—應(yīng)變筒662.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器對(duì)厚壁筒

對(duì)薄壁筒672.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器組合式壓力傳感器則由受壓彈性元件(膜片、膜盒或波紋管)和應(yīng)變彈性元件(如各種梁)組合而成。前者承受壓力，后者粘貼應(yīng)變計(jì)。兩者之間通過(guò)傳力件傳遞壓力作用。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是受壓彈性元件能對(duì)流體高溫、腐蝕等影響起到隔離作用，使應(yīng)變計(jì)具有良好的工作環(huán)境。682.6電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器3.位移傳感器應(yīng)變式位移傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形和應(yīng)變，然后通過(guò)應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變電橋，輸出正比于被測(cè)位移的電量。它可用來(lái)近測(cè)或遠(yuǎn)測(cè)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的位移量。因此，既要求彈性元件剛度小