电阻应变计式传感器PPT讲稿.ppt

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1、电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第1页，共58页，编辑于2022年，星期日电阻应变计的应用电阻应变计的应用1.2第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器电阻应变计的主要特性电阻应变计的主要特性2.22.3测量电路测量电路2.4电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器2.52.6电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿2.1电阻应变计的基本原理与结构电阻应变计的基本原理与结构第2页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge

2、 Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用一、导电材料的应变电阻效应一、导电材料的应变电阻效应 电阻应变片的工作原理是基于电阻应变片的工作原理是基于应变效应应变效应，即导体，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化，其电阻值发生变化，这种现象称为这种现象称为“应变效应应变效应”。如图如图2-1所示，一根长所示，一根长 ，截面积为，截面积为A的金属电阻的金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：丝，在其未受力时，原始电阻值为：（2-1）第3页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2

3、章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用（2-2）当电阻丝受到拉力当电阻丝受到拉力F作用时，作用时，将伸长将伸长dl，横截面积相，横截面积相应减小应减小dA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了d，从而引起电阻值相对变化量为：，从而引起电阻值相对变化量为：图图2.1 2.1 导体受拉伸后的参数变化导体受拉伸后的参数变化第4页，共58页，编辑于2022年，星

4、期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用式中式中dl/l=材料材料的轴向线应变，常用单位的轴向线应变，常用单位(1=110(1=110-6-6mm/mm);mm/mm);dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为为电阻丝的半径，微分后可得电阻丝的半径，微分后可得dA=2r dr，则，则：其中其中 r r导体的半径，受拉时导体的半径，受拉时r r缩小；缩小；导

5、体材料的泊松比。导体材料的泊松比。第5页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用可得：可得：通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变所引其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为起的电阻相对变化量，其表达式为：（2-3）（2-4）第6页，共58页，编辑于2022

6、年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用灵敏系数灵敏系数K受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，即即1+2；材料的电阻率发生的变化，；材料的电阻率发生的变化，即（即（d/）/。大量实。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，电阻的相对变化与应变成正比，即即K为常数。为常数。1.1.金属材料的应变电阻效应

7、金属材料的应变电阻效应 对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2的值要的值要比比(d/)/大得多，大得多，显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金,一般一般Km=1.8Km=1.84.84.8。2.2.半导体材料的压阻效应半导体材料的压阻效应 而半导体材料的而半导体材料的(d/)/项的值比项的值比1+2大得多。大得多。第7页，共58

8、页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用2.2.半导体材料的压阻效应半导体材料的压阻效应 压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率其电阻率发生变化的现象。发生变化的现象。式中：式中：半导体材料的压阻系数半导体材料的压阻系数;半导体材料的所受应半导体材料的所受应变力变力;E半导体材料的弹性模量半导体材料的弹

9、性模量;半导体材料的应半导体材料的应变。变。（2-5）第8页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用2.2.半导体材料的压阻效应半导体材料的压阻效应 由于由于E(1+2)E(1+2)，因此半导体丝材的，因此半导体丝材的KsEKsE。可见，半导体材料的应变电阻效应主。可见，半导体材料的应变电阻效应主要基于要基于压阻效应压阻效应。通常。通常Ks=(50Ks=(50

10、80)Km80)Km。（2-6）第9页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型结构：结构：图图2.2 2.2 典型应变计的结构及组成典型应变计的结构及组成(a)(a)丝式丝式(b)(b)箔式箔式(c)(c)半导体半导体11敏感栅敏感栅 2 2基底基底 3 3引线引线 4 4盖层盖层 5 5粘结剂粘结剂 6 6

11、电极电极第10页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型结构：结构：(1)(1)敏感栅敏感栅实现应变实现应变-电阻转换的敏感元件。电阻转换的敏感元件。通常由直径为通常由直径为0.0150.0150.05mm0.05mm的金属丝绕成栅状，或用金的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。属箔腐蚀成栅状。(2)(2)

12、基底基底为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。基底必须很薄，一般为剂将其固结在纸质或胶质的基底上。基底必须很薄，一般为0.020.020.04mm0.04mm。(3)(3)引线引线起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约通常取直径约0.10.10.15mm0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。栅端连接。第11页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resi

13、stive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型(4)(4)盖层盖层用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着防用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用。潮、防蚀、防损等作用。(5)(5)粘结剂粘结剂制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表面的被测部位

14、。因此它也起着传递应变的作用。面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。第12页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型类型：类型：图图2.2 2.2 典型应变计的结构及组成典型应变计的结构及组成(a)(a)丝式丝式(b)(b)箔式箔式(c)(c)半导体半导体11敏感栅敏感栅 2 2基底基底 3 3引线引线

15、4 4盖层盖层 5 5粘结剂粘结剂 6 6电极电极1.金属丝式应变片金属丝式应变片 有回线式和短接式二种。回线式最为常用，制作简单，性能有回线式和短接式二种。回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，但横向效应较大。稳定，成本低，易粘贴，但横向效应较大。第13页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类

16、型类型：类型：2.金属箔式应变片金属箔式应变片 利用照相制版或光刻技术将厚约利用照相制版或光刻技术将厚约0.0030.01mm的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。3.半导体应变片半导体应变片 由单晶半导体经切型、切条、光刻腐蚀成形，由单晶半导体经切型、切条、光刻腐蚀成形，然后粘贴在薄的绝缘基片，最后再加上保护层。然后粘贴在薄的绝缘基片，最后再加上保护层。但重复性、温度及时间稳定性差。但重复性、温度及时间稳定性差。第14页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain

17、Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用三、电阻应变计的应用三、电阻应变计的应用1、应变计的选用、应变计的选用（1）选择类型）选择类型使用目的、要求、对象、环境等使用目的、要求、对象、环境等（2）材料考虑）材料考虑使用温度、时间、最大应变量及精度使用温度、时间、最大应变量及精度（3）阻值选择）阻值选择根据测量电路和仪器选定标称电阻根据测量电路和仪器选定标称电阻（4）尺寸考虑）尺寸考虑试件表面、应力分布、粘贴面积试件表面、应力分布、粘贴面积（5）其他考虑）其他考虑特殊用途、恶劣环

18、境、高精度特殊用途、恶劣环境、高精度第15页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用三、电阻应变计的应用三、电阻应变计的应用2、应变计的使用、应变计的使用（1）粘结剂的选择）粘结剂的选择 通常在室温工作的应变片多采用常温、指压固通常在室温工作的应变片多采用常温、指压固化条件的粘结剂如聚脂树脂、环氧树脂类。化条件的粘结剂如聚脂树脂、环氧树脂类。（2）应变计的粘贴

19、）应变计的粘贴 准备准备试件和应变片；试件和应变片；涂胶；涂胶；贴片；贴片；复复查；查；接线；接线；防护。防护。第16页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器应变计多为一次性使用，应变计的特性是按规定的条件，从大批量生产中按比例抽样实测而得静态特性静态特性灵敏系数K，应变计的轴向应变一般KK0横向效应及横向效应系数H由于传感器是多线的，线与线之间连接部分不在测量方向上，引起横向效应计算公式：第二第二节 电阻阻应变计的主要特性的主要特性第17页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器标定情况下：可见，横向效

20、应使传感器的灵敏度系数下降非标定情况下：相对误差为：可见，要减小误差，必须使H减小第18页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器对横向效应分析结果的应用结果之一是箔式应变计另外，应变计的长度要长、横栅要小。机械滞后原因：基底材料、粘结剂的材料、残余变形通常要求：指示值实际值第19页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器蠕变 与零漂零漂和蠕变反映传感器的长期稳定性应变极限应变计的线性范围，是衡量应变计测量范围和过载能力的指标，一般8000真实应变指示应变第20页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章

21、章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器动态特性动态特性机械应变以声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层并引起应变计的响应时，会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。应变计的动态特性就是指其感受随时间变化的应变时之响应特性对正弦信号的响应图表示一频率为f，幅值为0的正弦波，以速度v沿着应变计纵向x方向传播时，在某一瞬时t的分布图。应变计中点xt的瞬时应变为 第21页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器而栅长l范围xt（l/2）内的平均应变为相对误差为：上式表明，当频率增加时，误差增大,因

22、此应使：或第22页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿一、温度效应及其热输出一、温度效应及其热输出1、温温度度效效应应设设工工作作温温度度变变化化为为tt，则则引引起起粘粘贴贴在试件上的应变计电阻的相对变化为在试件上的应变计电阻的相对变化为:式中式中 t敏感栅材料的电阻温度系数；敏感栅材料的电阻温度系数；KK应变计的灵敏应变计的灵敏系数；系数；s s、t分别为

23、试件和敏感栅材料的线膨胀系数。分别为试件和敏感栅材料的线膨胀系数。（2-7）第23页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿2、热输出、热输出相对的热输出为相对的热输出为:应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起

24、。在工作温度变化较大时，这种热输出干扰必须加所引起。在工作温度变化较大时，这种热输出干扰必须加以补偿。以补偿。（2-8）第24页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿二、热输出补偿方法二、热输出补偿方法1、温度自补偿法、温度自补偿法 精心选配敏感栅材料与结构参数来实现热输出精心选配敏感栅材料与结构参数来实现热输出补偿补偿 。(1)(1)单丝自补偿应变计单丝自补偿

25、应变计 在研制和选用应变计时，若选择敏感栅的合金在研制和选用应变计时，若选择敏感栅的合金材料，其材料，其t、t能与试件材料的能与试件材料的s s相匹配，即相匹配，即满足满足 ，达到温度自补偿的目的。，达到温度自补偿的目的。（2-9）第25页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿二、热输出补偿方法二、热输出补偿方法1、温度自补偿法、温度自补偿法(2)(2)双丝自补

26、偿应变计双丝自补偿应变计 敏感栅由电阻温度系数敏感栅由电阻温度系数一正一负的两种合金丝串接一正一负的两种合金丝串接而成。当工作温度变化时，而成。当工作温度变化时，若若R Ra a栅产生正的热输出栅产生正的热输出a a与与R Rb b栅产生负的热输出栅产生负的热输出b b相等或相近，就可达到相等或相近，就可达到自补偿的目的，即自补偿的目的，即:（2-10）图图2.2（a）回线式（）回线式（b）短接式）短接式第26页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain

27、Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿二、热输出补偿方法二、热输出补偿方法2、桥路补偿法、桥路补偿法（1）双丝半桥式）双丝半桥式图图2.3 双丝半桥式热补偿应变计双丝半桥式热补偿应变计第27页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿二、热输出补偿方法二、热输出补偿方法2、桥路补偿法、桥路补偿法（1）双丝半桥式）双

28、丝半桥式 敏感栅由同符号电阻温度系数的两种合金丝串接敏感栅由同符号电阻温度系数的两种合金丝串接而成，工作栅而成，工作栅R R1 1接入工作臂，补偿栅接入工作臂，补偿栅R R2 2外接串接电阻外接串接电阻R RB B(不敏感温度影响不敏感温度影响)接入补偿臂，当温度变化时，接入补偿臂，当温度变化时，只要电桥工作臂和补偿臂的热输出相等或相近，只要电桥工作臂和补偿臂的热输出相等或相近，就能达到热补偿目的就能达到热补偿目的 。（2-11）第28页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resi

29、stive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其补偿电阻应变计的温度效应及其补偿2、桥路补偿法、桥路补偿法（2）补偿块法）补偿块法 图图2.4 补偿块半桥热补偿应变计补偿块半桥热补偿应变计 使用两个相同的应变计。使用两个相同的应变计。R1贴在试件上，接入电桥工贴在试件上，接入电桥工作臂，作臂，R2贴在与试件同材料、贴在与试件同材料、同环境温度，但不参与机械应同环境温度，但不参与机械应变的补偿块上，接入电桥相邻变的补偿块上，接入电桥相邻臂作补偿臂，补偿臂产生与工臂作补偿臂，补偿臂产生与工作臂相同的热输出，通过电桥，作臂相同的热输出，通过电桥，起到补偿作用。起到

30、补偿作用。第29页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2 2章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)(Resistive Strain Gauge Sensors)2.3电阻应变计的温度效应及其器补偿电阻应变计的温度效应及其器补偿2、桥路补偿法、桥路补偿法（3）差动电桥法）差动电桥法 巧妙地安巧妙地安装应变片可以装应变片可以起补偿作用并起补偿作用并提高灵敏度。提高灵敏度。将两个应变片分别贴于测悬梁上下对称位置，将两个应变片分别贴于测悬梁上下对称位置，R1、RB特性相同，所以两电阻变化值相同而符号相特性相同，所以两电阻变化值相同而

31、符号相反。因而电桥输出电压比单片时增加反。因而电桥输出电压比单片时增加1倍。当梁上下倍。当梁上下温度一致时，温度一致时，RB与与R1可起温度补偿作用。可起温度补偿作用。图图2.5 差动电桥法差动电桥法第30页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器应变计的代号选用应变计应的方法选择类型选择材料选择阻值测量仪器的要求第四第四节 电阻阻应变计的的应用用第31页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器应变计的使用1.粘接剂的选择2.应变计的粘贴准备涂胶贴片复查接线防护第32页，共58页，编辑于2022年，星期日第

32、第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第五第五节 测量量电路路工作原理工作原理第33页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器应变电桥直流电桥与交流电桥直流电桥只接入电阻交流电桥可接入LC平衡电桥与不平衡电桥等臂与半等臂输出端对称与电源对称第34页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器直流电桥及其输出特性电桥平衡的条件：电压输出桥的输出特性输出电压：第35页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器代入R：分子分母同除以R1R3,并略去高除微量得：如果为全

33、等臂电桥，则：第36页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器可简写为：如果只有一个臂工作，如R1，则：因此，单臂电桥的电压灵敏度为：第37页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器和差特性非线性特性从上述各式可看出，只有R很小时，桥路的输出才为线性第38页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器采用金属应变计，减小R，在一定精度条件下可免去补偿措施半导体应变计虽然灵敏度高，但非线性误差大非线性补偿差动电桥补偿采用恒流源第39页，共58页，编辑于2022年，星期日

34、一一.原理和特点原理和特点电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作简接测量。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第六节第六节 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第40页，共58页，编辑于2022年，星期日用作传感器 的应变计，应有更高的要求，尤其非线性误差要小(0.05%0.1%F.S.)，力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。应变计式传感器有如下应用特点：应变计式传感器有如下应用特点：(1)应用和测量范围广。用应变计可制成各种机械量传

35、感器，如测力传感器可测102107N压力传感器可测103 108 Pa，加速度传感器可测到103级m/s2。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第41页，共58页，编辑于2022年，星期日(2)分辨力(1)和灵敏度高，尤其是用半导体应变计，灵敏度可达几十mV/V；精度较高(一般达1%3%F.S.，高精度达0.1%.01%F.S.)。(3)结构轻小，对试件影响小；对复杂环境的适应性强，易于实施对环境干扰的隔离或补偿，从而可以在高低温、高压、高速、强磁场、核幅射等特殊环境中使用；频率响应好。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第42页，共58页，编辑于2022年，星期日(4

36、)商品化，选用和使用都方便，也便于实现远距离、自动化测量。因此，目前传感器的种类虽已繁多，但高精度的传感器仍以应变计式应用最普遍。它广泛用机械、冶金、石油、建筑、交通、水利和宇航等部门的自动测量与控制或科学实验中；近年来在生物、医学、体育和商业等部门亦已得到开发应用。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第43页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器二二.应变计式传感器应变计式传感器 1.测力传感器测力传感器应变计式传感器的最大用武之地还是称重和测力领域。这种测力传感器的结构由应变计、弹性元件和一些附件所组成。视弹性元件结构型式(如柱形、

37、筒形、环形、梁式、轮幅式等)和受载性质(如拉、压、弯曲和剪切等)的不同，它们有许多种类。第44页，共58页，编辑于2022年，星期日第45页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器2.压力传感器压力传感器 压力传感器主要用来测量流体的压力。视其弹性体的结构形式有单一单一式式和组合式组合式之分。单一式压力传感器是指应变计直接粘贴在受压弹性膜片或筒上。膜片式应变压力传感器的结构、应力分布及布片，与固态压阻式传感器雷同(参阅2.6节)。第46页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第47页，共58页，编辑于20

38、22年，星期日第48页，共58页，编辑于2022年，星期日针对图针对图2.22 筒式应变压力传感器筒式应变压力传感器(a)结构示意；结构示意；(b)筒式弹筒式弹性元件；性元件；(c)应变计布片应变计布片1插座；插座；2基体；基体；3温度补偿应变计；温度补偿应变计；4工作应变计；工作应变计；5应变筒应变筒对厚壁筒(2-39)第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第49页，共58页，编辑于2022年，星期日对薄壁筒(2-40)第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第50页，共58页，编辑于2022年，星期日组合式压力传感器则由受压弹性元件(膜片、膜盒或波纹管)和应变弹性元件(如

39、各种梁)组合而成。前者承受压力，后者粘贴应变计。两者之间通过传力件传递压力作用。这种结构的优点是受压弹性元件能对流体高温、腐蚀等影响起到隔离作用，使应变计具有良好的工作环境。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第51页，共58页，编辑于2022年，星期日 3.位移传感器位移传感器应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量。它可用来近测或远测静态与动态的位移量。因此，既要求弹性元件刚度小，对被测对象的影响反力小，又要求系统的固有频率高，动态频响特性好。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第52页，共58页，

40、编辑于2022年，星期日图2.23(a)为国产YW系列应变式位移传感器结构。这种传感器由于采用了悬臂梁-螺旋弹簧串联的组合结构，因此它适用于较大位移(量程10100mm)的测量。其工作原理如图2.23(b)所示。图图2.23 YW型应变式位移传感器型应变式位移传感器(a)传感器结构；传感器结构；(b)工作原理工作原理1测量头；测量头；2弹性元件；弹性元件；3弹簧；弹簧；4外壳；外壳；5测量杆；测量杆；6调整螺母；调整螺母；7应变计应变计第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第53页，共58页，编辑于2022年，星期日第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第54页，共58页，

41、编辑于2022年，星期日由于测量杆位移d为悬臂梁端部位移量d1和螺旋弹簧伸长量d2之和。由材料力学可知，位移量与贴片处应变之间的关系为(2-41)第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器上式表明：d和成线性关系，其比例系数K与弹性元件尺寸、材料特性参数有关；通过4片应变计和应变仪测得。第55页，共58页，编辑于2022年，星期日4.其他应变式传感器其他应变式传感器利用应变计除可构成上述主要应用传感器外，还可构成其他应变式传感器，如通过质量块与弹性元件的作用，可将被测加速度转换成弹性应变，从而构成应变式加速度传感器。如通过弹性元件和扭矩应变计，可构成应变式扭矩传感器，等等。应变式传感器结

42、构与设计的关键是弹性体型式的选择与计算，应变计的合理布片与接桥。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第56页，共58页，编辑于2022年，星期日第第7节节 压阻式传感器压阻式传感器压阻式传感器压阻式传感器基本原理基本原理固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。硅平膜片上的扩散电阻通常构成桥式测量电路，相对的桥臂电阻是对称布置的，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。第57页，共58页，编辑于2022年，星期日图为一种压阻式压力传感器的结构示意图，硅平膜片在圆形硅杯的底部，其两边有两个压力腔，分别输入被测差压或被测压力与参考压力。髙压腔接被测压力，低压腔与大气连通或接参考压力。图压阻式压力传感器 第58页，共58页，编辑于2022年，星期日