第三章電阻應(yīng)變式傳感器

第三章電阻應(yīng)變式傳感器第1頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電阻應(yīng)變式傳感器是以電阻應(yīng)變片(簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)變片)為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。

應(yīng)變變化------電阻變化電阻應(yīng)變式傳感器?第2頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用:測(cè)量應(yīng)變及其他物理量，如測(cè)量力、壓力、位移、力矩、重量、溫度和加速度等物理量。電阻應(yīng)變式傳感器特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、測(cè)量范圍廣、頻率響應(yīng)特性好、適合動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。第3頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變片類(lèi)型(根據(jù)材料不同)金屬應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)半導(dǎo)體應(yīng)變片壓阻效應(yīng)§3-1金屬應(yīng)變片式傳感器

●金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。

●應(yīng)用時(shí)將應(yīng)變片用粘結(jié)劑牢固地粘貼在被測(cè)試件表面上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，引起應(yīng)變片電阻值變化，通過(guò)測(cè)量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出。第4頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.精度高，測(cè)量范圍廣；2.頻率響應(yīng)特性較好；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕；4.可在高（低）溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境條件下正常工作；5.易于實(shí)現(xiàn)小型化、固態(tài)化；價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇。

●應(yīng)變式傳感器已成為目前非電量電測(cè)技術(shù)中非常重要的檢測(cè)手段，廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要是由于它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第5頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月dFFLL+△Ld-△dll+dl2r2(r-dr)F第6頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、金屬絲式應(yīng)變片變化上式，得等式兩邊微分，則得（一）應(yīng)變效應(yīng)設(shè)有一根長(zhǎng)度為、截面積為S、電阻率為的金屬絲，其電阻R為第7頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為電阻率的相對(duì)變化稱(chēng)為金屬絲長(zhǎng)度方向的應(yīng)變或軸向應(yīng)變?yōu)榻孛娣e的相對(duì)變化

上式三項(xiàng)分別為:第8頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為金屬絲半徑的相對(duì)變化，金屬材料電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有下關(guān)系：由有即面積的相對(duì)變化變?yōu)榘霃降南鄬?duì)變化μ為電阻絲材料的泊松比第9頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由此得

第10頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月K為金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)電阻率變?yōu)閹缀螀?shù)再聯(lián)系應(yīng)變和固有參數(shù)電阻率變化形變第11頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電阻的變化由兩部分組成:一是應(yīng)變片受力后材料由形變引起的變化，即1+2μ二是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（?ρ/ρ）/ε。對(duì)金屬材料：1+2μ＞＞(?

ρ/ρ)/ε對(duì)半導(dǎo)體材料：(?

ρ/ρ)/ε＞＞1+2μ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)。

第12頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)一、金屬電阻應(yīng)變片引線--連接測(cè)量導(dǎo)線之用蓋層基底與面膠—中間介質(zhì)和絕緣作用電阻絲(敏感柵)—轉(zhuǎn)換元件第13頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

下圖為電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)圖。它由敏感柵、基底、蓋片、引線和粘結(jié)劑等組成。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。因此，應(yīng)根據(jù)使用條件和要求合理地加以選擇?；采w層金屬絲引線（二）應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與材料第14頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.敏感柵它是應(yīng)變片最重要的組成部分，由某種金屬細(xì)絲繞成柵形。一般用于制造應(yīng)變片的金屬細(xì)絲直徑為0.015～0.05mm。電阻應(yīng)變片的電阻值為60

、120

、200

等各種規(guī)格，以120

最為常用。敏感柵在縱軸方向的長(zhǎng)度稱(chēng)為柵長(zhǎng)。在與應(yīng)變片軸線垂直的方向上，敏感柵外側(cè)之間的距離稱(chēng)為柵寬。應(yīng)變片柵長(zhǎng)大小關(guān)系到所測(cè)應(yīng)變的準(zhǔn)確度，應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變大小實(shí)際上是應(yīng)變片柵長(zhǎng)和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應(yīng)變量。柵長(zhǎng)有10、20mm等規(guī)格，分別適應(yīng)于不同的用途。

2.基底和蓋片基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對(duì)位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可保護(hù)敏感柵。最早的基底和蓋片多用專(zhuān)門(mén)的薄紙制成。基底厚度一般為0.02～0.04mm，基底的全長(zhǎng)稱(chēng)為基底長(zhǎng),其寬度稱(chēng)為基底寬。第15頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.粘結(jié)劑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(yīng)變片時(shí),也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上，以便將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計(jì)的基底和敏感柵。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、硅酸鹽、硼酸鹽等。4.引線它是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的金屬線。常用直徑約0.8～0.15mm的鍍錫銅線，或扁帶形的其它金屬材料制成。對(duì)引線材料的性能要求為電阻率低、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。第16頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金屬箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片的工作原理基本和電阻絲式應(yīng)變片相同。它的電阻敏感原件不是金屬絲柵，而是通過(guò)光刻技術(shù)、腐蝕等工序制成的薄金屬箔柵，故稱(chēng)箔式電阻應(yīng)變片。金屬箔的厚度一般為0.003～0.010mm，它的基片和蓋片多為膠質(zhì)膜，基片厚度一般為0.03～0.05mm。第17頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月●箔材表面積大，散熱條件好，故允許通過(guò)較大電流，因而可以輸出較大信號(hào)，提高了測(cè)量靈敏度。金屬箔式應(yīng)變片和絲式應(yīng)變片相比較，有如下特點(diǎn)●箔柵的尺寸準(zhǔn)確，均勻，且能制成任意形狀，為制造小距應(yīng)變片提供了條件，從而擴(kuò)大了應(yīng)變片的使用范圍。便于成批生產(chǎn)?！窠饘俨瓥藕鼙?，因而它所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面的應(yīng)力狀態(tài)更為接近。其次，當(dāng)箔材和絲材具有同樣的截面積時(shí)，箔材與粘接層的接觸面積比絲材大，使它能更好地和試件共同工作。箔柵的端部較寬，橫向效應(yīng)較小，因而提高了應(yīng)變測(cè)量的精度。第18頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體應(yīng)變片第19頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析：當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對(duì)變化量與所受的應(yīng)變力有關(guān)：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;

ε——半導(dǎo)體材料的應(yīng)變。

第20頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此：實(shí)驗(yàn)證明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為：

第21頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量原理：在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化，同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量為ΔR時(shí)，便可得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值σ為：σ=E·ε

第22頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3電阻應(yīng)變片的特性應(yīng)變片電阻值.未受應(yīng)變時(shí)初始電阻值靈敏度系數(shù). 物理意義：?jiǎn)挝粦?yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化.橫向效應(yīng).最大工作電流.動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性.第23頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要特性或

測(cè)量結(jié)果說(shuō)明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)Km。究其原因，除膠層傳遞變形失真外，橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因素。

1,靈敏度系數(shù)金屬應(yīng)變絲的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈敏系數(shù)K表示。當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其電阻應(yīng)變特性，與金屬單絲情況不同。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻-應(yīng)變特性重新測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變?cè)诤軐挼姆秶鷥?nèi)均為線性關(guān)系。即第24頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測(cè)量誤差，一般采用箔式應(yīng)變片。2.橫向效應(yīng)定義：絲繞應(yīng)變片沿軸向感受拉應(yīng)變，電阻值將增加，而在園弧段上，其電阻的變化與直線段不一樣，在垂直方向上θ=90°產(chǎn)生負(fù)的壓應(yīng)變，其電阻是減小的。靈敏系數(shù)比直的電阻絲降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為橫向效應(yīng).第25頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月r愈小，l愈大，即敏感柵愈窄，基長(zhǎng)愈長(zhǎng)的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。由于橫向效應(yīng)系數(shù)的作用，在測(cè)量縱向應(yīng)變時(shí)，圓弧部分產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)值的電阻變化。從而降低了靈敏度系數(shù)，該現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。lbOεrdldθθε0εrl1l第26頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.機(jī)械滯后應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其指示應(yīng)變與試件表面機(jī)械應(yīng)變的比值應(yīng)當(dāng)不變，即加載、卸載過(guò)程中的靈敏系數(shù)應(yīng)一致，否則就會(huì)帶來(lái)靈敏系數(shù)的誤差。然而實(shí)驗(yàn)表明，在增加或減少機(jī)械應(yīng)變的過(guò)程中，對(duì)同一機(jī)械應(yīng)變?chǔ)?，?yīng)變片的指示應(yīng)變值不同，此差值即為機(jī)械滯后。Δεε1機(jī)械應(yīng)變?chǔ)判遁d加載指示應(yīng)變?chǔ)舏第27頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。第28頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.零點(diǎn)漂移和蠕變對(duì)于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí),即使被測(cè)定試件未承受應(yīng)力，應(yīng)變片的指示應(yīng)變也會(huì)隨時(shí)間增加而逐漸變化。這一些變化就是應(yīng)變片指示應(yīng)變的零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是敏感柵通以工作電流后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。當(dāng)應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片的指示應(yīng)變卻隨時(shí)間而變化，這種特性稱(chēng)為蠕變。蠕變產(chǎn)生的原因是由于膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。第29頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想情況下，應(yīng)變片電阻的相對(duì)應(yīng)變片與所承受的軸向應(yīng)變成正比，即靈敏系數(shù)為常數(shù)，這種情況只能在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)才能保持，當(dāng)試件表面的應(yīng)變超過(guò)一數(shù)值時(shí)，它們之間的比例關(guān)系不再成立。5.應(yīng)變極限εj真實(shí)應(yīng)變?chǔ)舋指示應(yīng)變?chǔ)舏100%190%第30頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變化頻率較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性機(jī)械應(yīng)變應(yīng)變波形式傳播應(yīng)變波粘合劑基底相同于聲波速度的應(yīng)變波敏感柵?第31頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、應(yīng)變波的傳播過(guò)程a.應(yīng)變波在試件材料中的傳播第32頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.應(yīng)變波在粘合劑和基底中的傳播需要時(shí)間非常短，可忽略不計(jì)速度厚度0.05mm時(shí)間c.應(yīng)變波在應(yīng)變片敏感柵長(zhǎng)度內(nèi)的傳播應(yīng)變片反應(yīng)出來(lái)的應(yīng)變波形，是應(yīng)變片絲柵長(zhǎng)度內(nèi)所感受應(yīng)變量的平均值。即只有當(dāng)應(yīng)變波通過(guò)應(yīng)變片全部長(zhǎng)度后，應(yīng)變片所反應(yīng)的波形才能達(dá)到最大值。即有一定的延時(shí)，從而對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量產(chǎn)生影響。第33頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、應(yīng)變片工作頻率范圍的估算影響頻率特性的關(guān)鍵因數(shù)是應(yīng)變片的基長(zhǎng)。其可測(cè)頻率（截至頻率）分析如下：A、正弦應(yīng)變波應(yīng)變片對(duì)正弦應(yīng)變波的響應(yīng)如圖示Lt第34頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變波幅的測(cè)量誤差為測(cè)量誤差與應(yīng)變波長(zhǎng)與基長(zhǎng)的相對(duì)比值有關(guān)有以下關(guān)系存在應(yīng)變片基長(zhǎng)mm1235101520最高工作頻率KHz25012583.33502516.6712.5應(yīng)變波長(zhǎng)與基長(zhǎng)相對(duì)比值第35頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、溫度誤差及其補(bǔ)償1.溫度誤差用作測(cè)量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實(shí)際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測(cè)試件溫度）影響很大。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素：其一是應(yīng)變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與測(cè)測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。第36頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差，稱(chēng)為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。1、電阻溫度系數(shù)的影響敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：

Rt=R0(1+α0Δt)

第37頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中:Rt——溫度為t時(shí)的電阻值；

R0——溫度為t0時(shí)的電阻值；α0——溫度為t0時(shí)金屬絲的電阻溫度系數(shù)；Δt——溫度變化值，Δt=t-t0

當(dāng)溫度變化Δt時(shí)，電阻絲電阻的變化值為：

ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt

Rt=R0(1+α0Δt)

第38頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。設(shè)電阻絲和試件在溫度為0℃時(shí)的長(zhǎng)度均為l0,它們的線膨脹系數(shù)分別為βs和βg，若兩者不粘貼，則它們的長(zhǎng)度分別為：

ls=l0(1+βsΔt)lg=l0(1+βgΔt)

第39頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形Δl、附加應(yīng)變?chǔ)纽潞透郊与娮枳兓β分別為：

第40頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對(duì)變化量為

結(jié)論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對(duì)變化量，除了與環(huán)境溫度有關(guān)外，還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0,α0,βs）以及被測(cè)試件線膨脹系數(shù)βg有關(guān)。

第41頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類(lèi)。

電橋補(bǔ)償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差補(bǔ)償方法。

第42頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R１為工作應(yīng)變片，R２為補(bǔ)償片。電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為第43頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時(shí)，R1和R2對(duì)輸出電壓的作用方向相反。利用這個(gè)基本特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償，補(bǔ)償效果較好，這是最常用的外償方法之一。

第44頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測(cè)試件的表面，如圖中R1，稱(chēng)為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，如圖中R2，稱(chēng)為補(bǔ)償應(yīng)變片。在工作過(guò)程中補(bǔ)償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零。當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若,即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由此可得輸出電壓UO為第45頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第46頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變，故可得輸出電壓UO為由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。最后應(yīng)當(dāng)指出，為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列條件：第47頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月●R1和R2的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β，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?！裼糜谡迟N補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須一相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等?！駜蓱?yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中第48頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片由附加應(yīng)變式可以看出，若使應(yīng)變片在溫度變化時(shí)的熱輸出值為零，必須使

當(dāng)被測(cè)材料確定以后，就可以選擇合適的敏感柵材料滿足上式，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康臏y(cè)試材料單一第49頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這種溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。如圖所示。雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)焊點(diǎn)RaRb這種應(yīng)變片的自補(bǔ)償條件要求粘貼在某種試件上的兩敏感柵，隨溫度變地而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反，即第50頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CBADU0UiR1R2R3R4R1R2F構(gòu)件受彎曲應(yīng)力FFR1R2構(gòu)件受單向應(yīng)力FR1(R4)R2(R3)第51頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§3-4測(cè)量電路R

U(I)

平衡電橋不平衡電橋第52頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單臂電橋半橋差動(dòng)電橋全橋差動(dòng)電橋第53頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋復(fù)阻抗模平衡復(fù)阻抗幅角平衡第54頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

交流電橋特性及平衡調(diào)節(jié)第55頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3.5應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用２、３在軸向１，圓柱式力傳感器如圖為在能承受較大力的實(shí)心圓柱上，在圓柱的軸向排列兩個(gè)應(yīng)變片，在其環(huán)向排列另外兩個(gè)應(yīng)變片。應(yīng)變式力傳感器采用四個(gè)相同的應(yīng)變片，被測(cè)力變化時(shí)，其中兩個(gè)受拉伸應(yīng)力，電阻增大，另外兩個(gè)電阻則受壓縮應(yīng)力，電阻減小，通過(guò)四臂電橋獲得電信號(hào)輸出，同時(shí)解決了靈敏度、線性性、溫度補(bǔ)償。第56頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變式傳感器1力（荷重）傳感器柱式力傳感器FF面積S-ε1+ε2-ε2+ε1截面積SF(a)實(shí)心圓柱(b)空心圓柱F軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號(hào)相反的應(yīng)變，以構(gòu)成差動(dòng)對(duì)。第57頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月懸臂梁式測(cè)力傳感器等截面梁等強(qiáng)度梁自由端自由端

懸梁臂的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；有正、負(fù)應(yīng)變區(qū)；靈敏度高；適合于小負(fù)荷情況下使用。其結(jié)構(gòu)又分為等截面式和等強(qiáng)度式。第58頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等截面梁等強(qiáng)度梁截面抗彎模數(shù)截面上的彎距第60頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(a)等強(qiáng)度懸臂梁FR4R1(b)等截面懸臂梁R1R4b第61頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ddp應(yīng)變式壓力傳感器

測(cè)量較大壓力時(shí)，多采用筒式壓力傳感器。圓柱體內(nèi)有一盲孔，一端有法蘭盤(pán)與被測(cè)系統(tǒng)相連。環(huán)向應(yīng)變?nèi)绾斡盟膫€(gè)應(yīng)變片構(gòu)成電橋使輸出最大ACBDU0UiR1R2R3R4第62頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DdpR1R2R3R4ACBDU0UiR1R2R3R4第63頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變式加速度傳感器第64頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月L應(yīng)變片質(zhì)量塊m彈簧片外殼基座a第65頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在被測(cè)加速度變化時(shí)，其中兩個(gè)應(yīng)變片感受拉伸應(yīng)力，電阻增大；另外兩個(gè)電阻感受壓縮應(yīng)力，電阻減小。通過(guò)四臂電橋轉(zhuǎn)換成電壓的輸出。

當(dāng)質(zhì)量塊感受加速度a而產(chǎn)生慣性力時(shí)，懸梁臂發(fā)生彎曲變形，其軸向應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)形式較多，但均可等效為下圖的形式。第66頁(yè)，課件共75頁(yè)，創(chuàng)作于2