阻抗式结构性传感器

传 感 器 v1 阻 抗 式 结 构 型 传 感 器 的 敏 感 元 件 v2 电 阻 应 变 式 传 感 器v3 电 容 式 传 感 器 v4 电 感 式 传 感 器 v5 调 理 电 路 v6 微 机 械 传 感 器 v7 阻 抗 式 结 构 型 传 感 器 应 用 与 设 计 示 例 阻 抗 式 结 构 型 传 感 器 技 术电 感 式 传 感 器 阻 抗 式 结 构 型 传 感 器 的 敏 感 元 件弹 性 敏 感 元 件 的 主 要 性 能1.1 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能1.2 弹 性 敏 感 元 件 的 材 料1.3 v1.1弹 性 敏 感 原 件 的 主 要 性 能 ： 1.弹 性 特 性 （ 式 中 ： F表 示 施 加 于 敏 感 元 件 的 力 或 力 矩 ， 为 变 形 量 或 位移 ） 2.灵 敏 度 和 刚 度 敏 感 元 件 的 刚 度 是 灵 敏 度 的 倒 数 。 F f )()( 1 FffF 或 FS / 3.谐 振 频 率 注 ： 敏 感 元 件 的 谐 振 频 率 可 由 计 算 获 得 ， 但 必 须 由 实 验 校 正 。 4.弹 性 滞 后 和 后 效 5.安 全 系 数 注 ： 安 全 系 数 越 大 ， 敏 感 元 件 的 过 载 能 力 越 强 ， 但 可 能 体 积 越 大 ， 越 笨 重 。 一 般 以 1.5 5为 宜 。 6.其 他 enen mkfmk 21 或 maxmax nn p 或最 大 工 作 应 力弹 性 极 限 v 1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 1.基 本 拉 压 ： 材 料 受 力 变 形 的 最 基 本 形 式 是 拉 压 变 形 ， 由 下 式 计 算 ： 等 截 面 杆 件 、 等 壁 厚 圆 筒 可 视 为 基 本 拉 伸 结 构 。 设 计 时 应 满 足 ： 2.弹 性 梁 ： 悬 臂 梁 ： 变 形 以 弯 曲 为 主 的 结 构 称 为 弹 性 梁 只 有 一 端 支 承 的 梁 称 为 悬 臂 梁 结 构 ， 如 图 所 示 。 E 等 强 度 梁 ： 由 上 式 可 以 看 出 ， 等 截 面 梁 测 试 点 的 应 力 和 应 变 均 与 位 置 Lo有 关 ， 使 用 时不 够 方 便 ， 为 此 可 以 设 计 等 强 度 梁 ， 如 上 图 所 示 ， 使 得 ： El hf EbhFlbhFxbhFln 233maxmax 22max 162.0466 固 有 频 率 为 ：为 ：自 由 端 最 大 绕 度测 试 点 的 应 力 为 ：等 截 面 梁 的 最 大 应 力 为 26hFxbx 则 ： 梁 各 处 的 应 力 相 等 ， 应 变 也 相 等 。 因 此 ， 使 用 时可 以 不 考 虑 测 试 点 的 位 置 。v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (2) 这 时 有 ： El hf EbhFl20 33max136.0 6 梁 的 固 有 频 率 为 ：自 由 端 最 大 绕 度 为 ： 两 端 固 定 梁 ： 有 较 高 的 刚 性 和 承 载 能 力 ， 两 端 固 定 梁 是 一 种 静不 定 系 统 ， 常 用 梁 中 点 位 置 作 为 测 试 点 ， 称 为 中 断 面 。 EbhFlbhFl 224343应 变 为 ： ：此 时 ， 中 断 面 的 应 力 为最 大 挠 度 也 发 生 在 a断 面 ， 为 ：EJEl192 3max v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (3) AEJlf 20 2 37.22自 振 频 率 为 ：3.环 形 结 构 ： （ 圆 环 形 结 构 和 扁 环 形 结 构 ） 圆 环 形 结 构 AEJdf EbhFd bhFdBA 20 2 22 72.1010054 10054 自 振 频 率 为 ：应 变 为 ：两 处 的 应 力 为 ：， 2 扁 圆 环 形 结 构 cos2sin22 HRFRM 弯 矩 为 ：注 ： 扁 环 的 应 力 和 应 变 可 采 用 圆 环 计 算 方 法 。 v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (4) 4.膜 片 式 结 构膜 受 载 后 变 形 ， 中 心 的 挠 度 0最 大 。 设 膜 厚 为 h，1） 如 果 0/h1/3， 则 可 按 厚 膜 计 算 ， 厚 膜 的 变 形 以 弯 曲 为 主 ，膜 的 拉 压 处 于 次 要 地 位 ；2） 如 果 0/h 5， 则 按 薄 膜 计 算 ， 认 为 薄 膜 是 柔 软 的 ， 无 弯 曲刚 度 和 弯 曲 应 力 ， 膜 的 变 形 以 拉 压 为 主 。 平 膜 （ 平 膜 适 合 于 测 量 受 均 布 载 荷 的 情 形 ）在 集 中 载 荷 p的 作 用 下 ， )31()1(83 )3()1(83 222 222r rRhp rRhpt切 向 应 力 为 ：膜 的 径 向 应 为 ： v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (5) )(8 )1(3)(1 )3(8 )1(3)(1 222 2 222 2 rREhpE rREhpE ttt tr 切 向 应 变 为 ：变 为 ：小 变 形 条 件 下 ， 径 向 应 2 2r0 t0 23pR 18Eh 2 2r0 t0 23pR 18Eh 在 膜 中 心 r=0处 ， 膜 的 切 向 应 力 和 径 向 应 力 相 等 ， 切 向 应 变 和径 向 应 变 也 相 等 ， 而 且 达 到 正 的 最 大 值 ， 为 ： ra 23pR4h 2ta 23pR4h 2 2ru 23pR 14h ta 0 在 膜 片 边 缘 r=R处 ， 膜 的 切 向 应 力 和 径 向 应 力 、 切 向 应 力 都 达 到负 的 最 大 值 ， 而 切 向 应 变 为 零 ： v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (6) 可 见 ， 径 向 应 力 和 应 变 有 一 拐 点 ， 拐 点 在 r=0.573R处 ， 此 时 r0， r 0， 使 用 单 轴 应 变 计 时 应 避 开 这 个 点 。 2 22 233p 1 R r16Eh 2 40 max 33p 1 R16Eh 0 2 210.17h Ef 2 R 12 1 平 膜 片 的 挠 度 为 ： 可 见 ， 中 心 r=0处 挠 度 最 大 ， 为 ： 平 膜 片 的 最 小 自 振 频 率 为 ： v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (7) 带 有 硬 中 心 的 膜 片 特 征 ： 膜 的 中 心 很 厚 ， 可 以 认 为 是 刚 体 ， 如 图 所 示 ： 2 4 24 0 0 0max 3 4 23 1 r r rpR 1 4 ln16 Eh R R R 0 22 0r r 2 2r R r r r3pR 14h R 硬 中 心 的 挠 度 仍 然 最 大 ：最 大 弯 曲 应 力 发 生 在 硬 心 的 边 缘 和 膜片 的 边 缘 ：v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (8) 5.弹 性 谐 振 元 件1） 两 端 固 定 弦 的 振 动 频 率 可 用 下 式 计 算 ：n n n Tf 2l 2l m 2） 两 端 固 定 矩 形 截 面 振 动 梁 的 固 有 频 率 按 下 式 计 算 ：2 2nn n2 3h E Nlf 12 l 12 Ebh 6.其 它v1.3 弹 性 敏 感 元 件 的 材 料 高 弹 性 合 金 和 恒 弹 性 合 金 ， 石 英 和 硅 ， 硅 合 金 v1.2 常 用 弹 性 元 件 的 结 构 和 性 能 (9) 电 阻 应 变 式 传 感 器电 阻 应 变 计 的 基 本 原 理 与 结 构2.1 电 阻 应 变 计 的 主 要 特 性2.2 电 阻 应 变 计 的 温 度 效 应 及 其 补 偿2.3 电 阻 应 变 式 传 感 器 的 工 作 原 理 基 于 四 个 基 本 的 转 换 环 节 ：力 (F) 应 变 () 电 阻 变 化 (R) 电 压 输 出 (V)。 1. 导 电 材 料 的 电 阻 应 变 效 应 AlR arcsinR l AR l A 通 过 对 上 式 两 边 取 对 数 后 再 作 微 分 ， 即 可 求 得 其 电 阻 相 对 变 化 ： 图 2.10 导 体 受 位 伸 后 的 参 数 变 化令 (l l)=， （ dA A） 2（ dr r） = 2 。带 入 上 式 可 得 ： )21(RR v2.1 电 阻 应 变 计 的 基 本 原 理 与 结 构 金 属 材 料 的 电 阻 率 相 对 变 化 与 其 体 积 相 对 变 化 之 间 有 如 下 关 系 ： VC Vd d dV/V dl/l dS/S 1 2 mR 1+2 C 1 2 KR 式 中 C布 里 奇 曼 常 数 ， 由 材 料 和 加 工 方 式 决 定 ， 因 此 代 人 式 （ 2 34） ， 并 考 虑 到 实 际 上 面 R R， 故 可 得 式 中 Km （ 2 ） C（ 1 2 ） 金 属 丝 材 的 应 变 灵 敏 系 数 （ 简 称 灵 敏 系 数 ） 。 上 式 表 明 ： 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 电 阻 应 变 效 应 。 v2.1 电 阻 应 变 计 的 基 本 原 理 与 结 构 (2) 2 .电 阻 应 变 计 的 类 型半 导 体 应 变 计金 属 应 变 计常 见 的 电 阻 应 变 式 传 感 器 是 带 有 封 装 结 构 的 敏 感 元件 ， 称 为 应 变 片 图 2.11 典 型 应 变 计 的 结 构 与 组 成 (a) 丝 式 (b)箔 式 (c)半 导 体 1敏 感 栅 2基 底 3引 线4盖 层 5粘 结 剂 6电 极如 图 2.11所 示 ， 敏 感 栅 是 实 现 应 变 电 阻 转 换 的 敏感 元 件 。 图 中 l表 示 栅 长 ， b表 示 栅 宽 ， 一 般 在 25mm之 间 。 其 电 阻 值 一 般 为 100。 通 常 用 粘 结 剂将 它 固 结 在 纸 质 或 胶 质 的 基 底 上 。 基 底 的 作 用 是 保持 敏 感 栅 固 定 的 形 状 、 尺 寸 和 位 置 ， 应 变 计 工 作 时 ，基 底 起 着 把 试 件 应 变 准 确 地 传 递 给 敏 感 栅 的 作 用 。基 底 很 薄 ， 一 般 为 0.02 0.04mm 。 引 线 与 测 试 电路 连 接 ， 通 常 取 直 径 约 0.1 0.15mm的 低 阻 镀 锡 铜线 ， 并 用 钎 焊 与 敏 感 栅 端 连 接 。 盖 层 是 纸 质 或 胶 质的 保 护 层 ， 起 着 防 潮 。 防 蚀 、 防 损 等 作 用 。 v2.1 电 阻 应 变 计 的 基 本 原 理 与 结 构 (3) 3.应 变 计 的 使 用粘 贴 工 艺 ： 准 备 涂 胶 贴 片 复 查 接 线 防 护粘 结 剂 的 主 要 功 能 是 要 在 切 向 准 确 传 递 试 件 的 应变 。 一 般 要 求 具 备 ： (1)与 试 件 表 面 有 很 高 的 粘结 强 度 ， 一 般 抗 剪 强 度 应 大 于 9.8MPa； (2)蠕 变 、滞 后 小 ， 温 度 和 力 学 性 能 参 数 要 尽 量 与 试 件 相 匹配 ； (3)抗 腐 蚀 ， 涂 刷 性 好 ,固 化 工 艺 简 单 ;(4)电 绝缘 性 能 、 耐 老 化 与 耐 温 耐 湿 性 能 均 良 好 。 非 粘 贴 式 应 变 计 和 粘 贴 式 应 变 计注 ： 常 温 和 高 温 时 的 区 别v2.1 电 阻 应 变 计 的 基 本 原 理 与 结 构 (4) v2.2 电 阻 应 变 计 的 主 要 特 性 ：1.静 态 特 性 灵 敏 系 数 （ K） xKRR 必 须 指 出 ， 应 变 计 的 灵 敏 系 数 K并 不 等 于 其 敏 感 栅 整 长 应 变丝 的 灵 敏 系 数 Km。 一 般 情 况 下 ， Kx Km。 这 是 因 为 ， 在单 向 应 力 产 生 双 向 应 变 的 情 况 下 K除 受 到 敏 感 栅 结 构 形 状 、成 型 工 艺 、 粘 结 剂 和 基 底 性 能 的 影 响 外 ， 尤 其 受 到 栅 端 圆 弧部 分 横 向 效 应 的 影 响 。 应 变 计 的 灵 敏 系 数 直 接 关 系 到 应 变 测量 的 精 度 。 因 此 值 通 常 采 用 从 批 量 生 产 中 每 批 抽 样 ， 在 规 定条 件 下 通 过 实 测 确 定 即 应 变 计 的 标 定 ； 故 K又 称 标 定 灵敏 系 数 。 上 述 规 定 条 件 是 ： 试 件 材 料 取 泊 松 比 。 0.285的 钢 ； 试 件 单 向 受 力 ； 应 变 计 轴 向 与 主 应 力 方 向一 致 。 x应 变 计 轴 向 应 变 ； Kx 应 变 计 的 灵 敏 系 数 。 机 械 滞 后 （ Zj） 通 常 在 室 温 条 件 下 ， 要 求 机 械 滞 后 Zj 310。 实 测中 ， 可 在 测 试 前 通 过 多 次 重 复 预 加 、 卸 载 ， 来 减 小 机 械滞 后 产 生 的 误 差 。 蠕 变 ()和 零 漂 （ PO）蠕 变 反 映 了 应 变 计 在 长 时 间 工 作 中 对 时 间 的 稳 定 性 ， 通 常 要 求 3 15s。 v2.2 电 阻 应 变 计 的 主 要 特 性 (2) 应 变 极 限 （ lim） 非 线 性 误 差 达 到 10 时 的 真实 应 变 值 称 为 应 变 极 限 lim。如 图 2.14所 示 。 应 变 极 限 是衡 量 应 变 计 测 量 范 围 和 过 载能 力 的 指 标 ， 通 常 要 求lim8000。 图 2.14应 变 计 的 极 限 应 变 特 性2.动 态 特 性实 际 衡 量 应 变 计 动 态 工 作 性 能 的 另 一 个 重 要 指 标 是 疲劳 寿 命 。 它 是 指 粘 贴 在 试 件 上 的 应 变 计 ， 在 恒 幅 交 变应 力 作 用 下 ， 连 续 工 作 直 至 疲 劳 损 坏 时 的 循 环 次 数 ，用 N表 示 。 它 与 应 变 计 的 取 材 、 工 艺 和 引 线 焊 接 、 粘贴 质 量 等 因 素 有 关 ， 一 般 要 求 N 10 5 107次 。 v2.2 电 阻 应 变 计 的 主 要 特 性 (3) 温 度 效 应 及 其 热 输 出 设 工 作 温 度 变 化 为 t ， 则 由 此 引 起 粘 贴 在 试 件 上 的 应 变 计 电 阻的 相 对 变 化 为 t s tR t K tR 上 式 即 应 变 计 的 温 度 效 应 ； 相 对 的 热 输 出 为 Tt t s tR/R 1 t tK K 一 般 at 20 10-6C-1， 若 s=11 10-6C-1、 t=15 10-6C-1， ， t 5 ， 取 K 2则 t=20 2+(15-11) 5 10-6=70 u。 热 输出 通 常 可 以 造 成 10%以 上 的 误 差 ， 因 此 必 须 采 取 相 应 措 施 消 除 。 v2.3 电 阻 应 变 计 的 温 度 效 应 及 其 补 偿 热 输 出 补 偿 方 法 .自 补 偿 法(1)单 丝 自 补 偿 通 过 改 变 敏 感 栅 的 合 金 成 份 及 热 处 理 规 范 来 调 整 t、 t能 与 试 件 材 料 的 s相 匹 配 ， 使 应 变 丝 材 料 满 足 t s tK 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 但 通 用 性 差 ， 应 变 丝 制 造 工 艺 较 复 杂 。(2).双 丝 自 补 偿 应 变 计 电 阻 R由 两 部 分电 阻 Ra和 Rb组 成 ， 即 R=Ra Rb 这 种 应 变 计 的 特 点 与 单 丝 自 补 偿 应 变 计相 似 ， 但 只 能 在 选 定 的 试 件 上 使 用 。 .电 路 补 偿 法 补 偿 法 v2.3 电 阻 应 变 计 的 温 度 效 应 及 其 补 偿 (2) 图 2.16双 丝 半 桥 式 热 补 偿 应 变 计 图 2.17 补 偿 块 半 桥 热 补 偿 应 变 计（ 1） 双 丝 半 桥 式（ 2） 块 补 偿 式（ 3） 其 它v2.3 电 阻 应 变 计 的 温 度 效 应 及 其 补 偿 (3) 电 容 式 传 感 器电 容 式 传 感 器 的 原 理 与 结 构1.1 应 用 中 存 在 的 问 题 及 其 改 进 措 施1.3 v3 1电 容 式 传 感 器 的 原 理 与 结 构 1.电 容 式 传 感 器 的 原 理0 rAC 若 被 测 量 的 变 化 使 式 中 、 A、 r三 个 参 量 中 任 意 一 个 发 生 变 化 时 ，都 会 引 起 电 容 量 的 变 化 ， 再 通 过 测 量 电 路 就 可 转 换 为 电 量 输 出 。 因此 ， 电 容 式 传 感 器 可 分 为 变 极 距 型 、 变 面 积 型 和 变 介 质 型 三 种 类 型 。 2 变 极 距 型 电 容 传 感 器 222321163 rREpy 图 2.19 膜 片 结 构 电 容 传 感 器球 面 上 ， 宽 为 dr， 长 为 2r的 窄 环 与 固 定 片 所构 成 的 局 部 电 容 为 ： yd rdrdC 20 dydyd 111 RR rdrdyddCCC 00 0 12 pEd RCC 3 42161 图 2.20 电 容 压 力 传 感 器 两 种 结 构a ) 双 圆 形 膜 结 构 b ) 环 形 膜 结 构式 中 ， d为 电 容 极 板 起 始 间 距 。在 y/dl时 ， 根 据 泰 勒 级 数 展开 式 ， 可 近 似 取 为 则 挠 曲 时 的 总 电 容 为 起 始 电 容 加 上 增 量 电 容 ， 即 最 后 可 得 电 容 相 对 变 化 为 v3 1电 容 式 传 感 器 的 原 理 与 结 构 (2) 3. 变 面 积 型 电 容 传 感 器 图 2.21圆 筒 电 容 传 感 器(1).圆 筒 形 电 容 器 如 图 所 示 ，这 种 传 感 器 的 电 容 为 02 ln lnrC l R r 图 2.22 变 面 积 型 差 动 式 结 构 (a)扇 形 平 板 结 构 (b)柱 面 板 结 构 0 0 2 20 0( )rAC BC R rC C 0 0 0 rAC BC lrC C R r (2)C的 初 始 位 置 必 须 保 证与 A、 B的 初 始 电 容 值 相 同 。对 图 （ a） 有 ： 对 图 （ b） 有 v3 1电 容 式 传 感 器 的 原 理 与 结 构 (3) 4 变 介 质 型 电 容 传 感 器 图 2.23 薄 膜 型 陶 瓷 湿 敏 传 感 器 常 用 的 金 属 氧 化 物 材 料 是 三 氧 化 二 铝（ Al2O3） 和 五 氧 化 二 钽 (Ta2O5)。 薄 膜型 湿 度 传 感 器 响 应 很 快 ， 但 高 温 环 境下 宜 采 用 钽 电 容 式 湿 敏 传 感 器 。 (a)电 介 质 插 入 式 图 2.24为 原 理 结 构 。 图 2.24（ a）中 两 平 行 极 板 固 定 不 动 ， 极 距 为0， 相 对 介 电 常 数 为 r2的 电 介质 以 不 同 深 度 插 人 电 容 器 中 ， 从而 改 变 两 种 介 质 的 极 板 覆 盖 面 积 。传 感 器 的 总 电 容 量 C为 两 个 电 容C1和 C2的 并 联 结 果 : 1 20 01 2 00 ( )r rbC C C l l l v3 1电 容 式 传 感 器 的 原 理 与 结 构 (4) v3.2应 用 中 存 在 的 问 题 及 其 改 进 措 施1 变 极 距 型 平 板 电 容 传 感 器 线 性 问 题 0 0 0rC A 00 00 0 01(1 / )r AC C C C 当 传 感 器 的 r和 A为 常 数 ， 初 始 极 距 为 0， 由 式 2.43知 其初 始 电 容 量 C0为当 动 极 端 板 因 被 测 量 变 化 而 向 上 移 动 使 0减 小 0时 ，电 容 量 增 大 C则 有 ： 10 0 0(1 )CC 可 见 ， 传 感 器 输 出 特 性 C f（ ） 是 非 线 性 的 。 电 容 相 对 变化 量 为 ： 如 果 满 足 条 件 （ /0） C2时 ， 各点 的 电 压 波 形 如 图 （ b） 所 示 ， Q、 两 端间 的 平 均 电 压 （ 经 一 低 通 滤 波 器 ） 为1 2 1 20 1 11 2 1 2T T C CU U UT T C C 式 中 ： Tl和 T2分 别 为 Q端 和 端 输 出 方 波 脉 冲 的 宽度 ， 亦 即 C1和 C2的 充 电 时 间 。这 种 线 路 不 需 要 载 频 和 附 加 解 调 线 路 ， 无 波 形和 相 移 失 真 ； 输 出 信 号 只 需 要 通 过 低 通 滤 波 器引 出 ； 直 流 信 号 的 极 性 取 决 于 C 1和 C2； 对 变 极距 和 变 面 积 的 电 容 传 感 器 均 可 获 得 线 便 输 出 。这 种 脉 宽 调 制 线 路 也 便 于 与 传 感 器 做 在 一 起 ，从 而 使 传 输 误 差 和 干 扰 大 大 减 小 。 还 可 以 用2524系 统 或 555定 时 期 设 计 脉 宽 市 制 测 量 电 路 。 v5.3 电 流 电 压 积 分 差 动 电 路 (4) v5 4 直 接 放 大 1.运 算 放 大 器 直 接 放 大 t0 i lCU U C对 变 极 距 型 电 容 传 感 器（ ） 这 种 电 路 的 输 出 为 ： 1 0 /rC A 00 i 0 1CU U A 配 用 运 算 放 大 器 测 量 电 路 的 最 大 特 点 是 克 服 了 变 极 距 型 电 容 传感 器 的 非 线 性 。 2.专 用 集 成 电 路 MS3110电 容 通 用 读 出 集 成 电 路 整 个 芯 片 单 一 5伏 供 电 ， V2P25是 内 部 2.5伏 分 压 ， VNEG就 是地 电 位 。 图 中 二 路V2P25/VNEG相 位 相 反 ， 在 时序 控 制 下 轮 流 接 通 V2P25和VNEG。 相 敏 整 流 部 分 未 标 出 ，包 含 在 图 中 低 通 滤 波 器 部 分 中 。该 电 路 的 增 益 (Gain)、 带 宽(BW)、 输 出 直 流 偏 置 (Offset)都可 程 控 。 该 电 路 对 敏 感 电 容 的分 辨 率 为 4.0 aF/Hz。 直 接 放 大 电 路 不 象 电 桥 一 样 可 以 设 置 调 零 措 施 ， 但 随 着嵌 入 式 系 统 的 应 用 ， 可 以 在 软 件 中 进 行 调 零 ， 还 可 以 根据 情 况 在 软 件 中 设 置 测 量 的 灵 敏 度 。v5 4 直 接 放 大 (2) 3.频 率 式 测 量 电 路 ： 调 频 电 路 原 理 图 1 i 0C C C +C C 2 3C C C 1 i 01 1f=2 LC 2 L C C +C C 调 频 电 路 的 灵 敏 度 较 高 ， 可 测 至 0.01级 位 变 化 量 ； 频 率 输 出 易 于 得 到 数字 输 出 而 不 需 要 A/D转 换 器 ； 能 获 得 高 电 平 （ 伏 特 级 ） 直 流 信 号 ， 抗 干扰 能 力 强 ， 可 以 发 送 、 接 受 实 现 遥 测 遥 控 。 但 调 频 电 路 的 频 率 受 温 度 和电 缆 电 容 影 响 较 大 ， 需 采 取 稳 频 措 施 ， 要 求 各 元 件 参 数 稳 定 、 直 流 电 源电 压 稳 定 ， 电 路 较 复 杂 ， 频 率 稳 定 度 也 不 可 能 很 高 ， 约 为 ， 因 此 精 度 为 0.1%1% 。 电 平 电 路 输 出 非 线 性 较 大 ， 需 用 线 性 化 电 路 进 行 补 偿 。 v5 4 直 接 放 大 (3) 微 机 械 传 感 器 微 机 电 系 统 的 分 类 和 特 点6.1 微 机 械 传 感 器 的 制 造 技 术6.2 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理6.3 v6 1 微 机 电 系 统 的 分 类 和 特 点 微 机 电 系 统是 指 总 尺 度在 毫 米 级 以下 的 机 电 系统 ， 右 面 是以 尺 度 为 标准 的 分 类 ： 微 机 械 系 统 有 以 下 特 点 ：(1) 微 机 械 中 起 主 导 作 用 的 力 是 表 面 力 。 (2) 材 料 不 同 。(3) 能 源 供 给 。 (4) 微 机 械 传 感 器 的 信 号 获 取 、 传 输 都 与 传 统 传 感 器 不 同 。 (5) 制 品 的 性 能 不 同 。 (6) 微 机 电 系 统 的 设 计 理 论 和 制 造 方 法 与 普 通 传 感 器 不 同 。(7) 微 机 械 传 感 器 的 应 用 领 域 更 为 广 泛 。 v6 1 微 机 电 系 统 的 分 类 和 特 点 (2) v6 2微 机 械 传 感 器 的 制 造 技 术 基 本 工 艺 有 ： 生 长 、 掺 杂 、 腐 蚀 、 刻 蚀 、 淀 积 、 牺 牲 层 、 键 合 、 制 膜 。其 中 光 刻 、 腐 蚀 、 键 合 、 制 膜 是 最 基 本 的 方 法 。1.光 刻 （ LIGA） 技 术 ： 光 刻 的 原 理 是 光 只 对 掩 膜 版 上 的 透 明 区 起 作 用 ， 掩膜 版 下 面 是 一 层 光 敏 ， 受 光 照 后 可 以 显 影 ， 被 光 照 的 区 域 在 显 影 过 程 中被 溶 解 ， 原 来 被 掩 盖 的 就 暴 露 出 来 ， 以 便 进 一 步 的 工 艺 处 理 。2.键 合 技 术 ： 可 分 为 阳 极 键 合 和 熔 融 键 合 ， 阳 极 键 合 的 原 理 是 在 一 定 温 度（ 键 合 温 度 ） 、 电 流 作 用 下 ， 在 两 个 零 件 的 接 触 面 发 生 化 学 反 应 ， 形 成牢 固 的 固 相 键 合 ， 接 合 强 度 相 当 于 接 合 件 原 材 料 本 身 的 强 度 。 熔 融 键 合的 方 法 是 将 需 接 合 的 元 件 的 加 热 到 一 定 温 度 ， 使 接 合 表 面 处 于 熔 融 状 态 ，分 子 力 将 导 致 元 件 的 接 合 。3.腐 蚀 ： 腐 蚀 方 法 可 分 为 干 法 刻 蚀 （ 惰 性 气 体 腐 蚀 ） 和 湿 法 腐 蚀 （ 化 学 溶液 腐 蚀 ） 。 其 中 最 重 要 的 是 湿 法 腐 蚀 。 湿 法 腐 蚀 又 可 分 为 各 向 同 性 腐 蚀 和 各 向 异 性 腐 蚀 。 4.薄 膜 生 成 技 术 ： 薄 膜 生 成 技 术 用 以 在 硅 衬 底 的 表 面 上 制 用 各 种 薄 膜 ，可 分 为 物 理 淀 积 法 和 化 学 淀 积 法 两 种 。 常 用 的 物 理 淀 积 法 有 真 空 蒸镀 和 溅 射 镀 膜 。 化 学 淀 积 法 主 要 是 气 相 淀 积 法 ， 使 淀 积 的 化 合 物（ 如 卤 化 物 ） 升 华 为 气 体 ， 与 载 体 气 体 在 高 温 环 境 中 化 学 反 应 ， 生成 固 态 淀 积 物 质 并 使 之 淀 积 在 衬 底 上 ， 形 成 膜 。 又 分 为 常 压 淀 积 法 、低 压 淀 积 法 和 等 离 子 淀 积 法 。 5.牺 牲 层 技 术 ： 其 方 法 是 将 多 层 膜 组 合 在 一 起 ， 设 法 腐 蚀 掉 两 层 薄 膜 中下 面 （ 或 是 里 面 ） 的 一 层 ， 在 膜 与 衬 底 之 间 或 膜 与 膜 之 间 形 成 内 部的 空 腔 。 被 腐 蚀 掉 的 一 层 称 为 牺 牲 层 。 薄 膜 生 成 技 术 和 牺 性 层 技 术 合 称 表 面 成 型 技 术 v6.2微 机 械 传 感 器 的 制 造 技 术 (2) v6 3 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理1 电 容 式 硅 微 加 速 度 传 感 器 原 理 电 容 式 硅 微 加 速 度 传 感 器 （ 平 衡 式 ） 微 硅 加 速 度 传 感 器 的 工作 原 理 与 一 般 常 用 的 加速 度 传 感 器 如 液 浮 摆 式加 速 度 传 感 器 、 石 英 加速 度 传 感 器 、 金 属 挠 性加 速 度 传 感 器 等 的 工 作原 理 基 本 一 样 ， 都 有 一个 质 量 摆 敏 感 加 速 度 ，并 转 换 为 电 容 信 号 。 但硅 微 电 容 式 加 速 度 传 感器 多 为 力 平 衡 式 传 感 器 ，目 前 它 的 敏 感 部 可 分 为单 摆 式 结 构 、 梳 齿 结 构 、跷 跷 板 式 结 构 。 2 压 阻 式 加 速 度 传 感 器 硅 压 阻 式 加 速 度 传 感 器 压 阻 式 加 速 度 传 感 器 的 弹 性 元 件 一 般 采用 硅 梁 外 加 质 量 块 ， 质 量 块 由 悬 臂 梁 支撑 ， 并 在 悬 臂 梁 上 制 作 电 阻 ， 连 接 成 测量 电 桥 。 在 惯 性 力 作 用 下 质 量 块 上 下 运动 ， 悬 臂 梁 上 电 阻 的 阻 值 随 应 力 的 作 用发 生 变 化 ， 引 起 测 量 电 桥 输 出 电 压 变 化 ，一 种 应 用 SDB 技 术 和 多 晶 硅 淀 积 的 一 种体 加 工 三 轴 加 速 度 计 的 结 构 如 图 所 示 。在 4 根 梁 上 做 扩 散 电 阻 ， 对 于 垂 直 板 块 方 向 (即 z方 向 ) 的 加 速 度 ，4 个 电 阻 一 致 增 加 或 减 小 ， 而 当 板 块 受 到 平 行 板 块 方 向 (即 x 、 y 方 向 ) 的 加 速 度 时 ， 板 块 绕 外 框 架 发 生 扭 转 ， 4个 电 阻 中 ， 某 两 个增 大 ， 另 两 个 减 小 ， 将 这 4 个 电 阻 按 一 定 次 序 组 成 惠 斯 通 电 桥 ,即可 测 试 加 速 度 。 电 阻 及 导 线 用 掺 杂 扩 散 的 方 法 获 得 。 v6 3 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理 (2) 3 硅 热 电 耦 式 加 速 度 传 感 器 硅 微 热 电 耦 式 加 速 度 传 感 器 热 源 处 于 硅 片 的 中 央 ， 硅 片 悬 在空 穴 中 间 。 在 热 源 的 四 周 均 匀 分布 有 热 电 耦 堆 (铝 /多 晶 硅 )。 图 中的 加 速 度 传 感 器 上 有 两 路 信 号 ，一 路 是 测 量 X 轴 加 速 度 的 ， 另 一路 是 测 量 Y 轴 加 速 度 的 。 在 没 有加 速 度 的 情 况 下 。 热 源 的 温 度 梯度 均 匀 分 布 ， 对 四 周 的 热 电 耦 而言 ， 温 度 是 一 样 的 ， 输 出 的 电 压也 是 一 样 的 ， 热 自 由 交 换 。 任 何方 向 的 加 速 度 将 打 破 温 度 分 布 平衡 ， 使 之 分 布 不 平 衡 ， 输 出 的 电压 也 将 随 之 改 变 。 热 电 耦 输 出 的电 压 差 和 加 速 度 成 正 比 例 。 v6 3 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理 (3) 4 硅 微 光 波 导 加 速 度 传 感 器 隧 道 效 应 式 加速 器 传 感 器 图 (a) 为 加 速 度 传 感 器 的原 理 图 、 图 (b) 为 结 构 示意 图 。 射 入 波 导 1 的 一 束光 ， 到 达 分 束 器 时 ， 分 为透 射 和 反 射 两 个 部 分 ， 其中 反 射 部 分 进 入 波 导 4 ，并 到 达 光 探 测 器 2。透 射 部 分 进 入 波 导 2， 波 导 2穿 过 悬 臂 梁 的 顶 部 ， 然 后 经 过 一 个 微 小 的 空 气 间 隙 耦合 到 波 导 3 ,当 探 测 器 1作 用 时 探 测 进 入 波 导 3的 光 强 。 当 加 速 度 为 零 时 ， 波 导 2和波 导 3端 面 正 对 ， 此 时 经 空 气 间 隙 耦 合 进 入 波 导 3的 光 最 强 。 因 为 空 气 间 隙 距 离 仅有 几 个 微 米 ， 可 以 认 为 从 波 导 2 出 射 的 光 完 全 照 射 在 波 导 3的 端 面 上 。 进 入 波 导 3 的 光 强 度 仅 同 波 导 3 界 面 的 反 射 率 有 关 。 当 加 速 度 不 为 零 ， 在 质 量 块 惯 性 力 作 用下 ， 悬 臂 梁 将 发 生 弯 曲 ， 波 导 2和 波 导 3相 对 截 面 间 将 发 生 微 小 位 移 ， 位 移 量 的 大小 是 加 速 度 的 函 数 。 可 以 近 似 认 为 波 导 3截 面 上 的 光 入 射 角 不 随 加 速 度 的 大 小 变 化 。 耦 合 到 波 导 3的 光 强 仅 同 二 者 正 对 截 面 大 小 有 关 ， 通 过 测 量 波 导 3光 强 的 变 化可 以 得 到 相 应 的 加 速 度 值 。 v6 3 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理 (4) 5 隧 道 电 流 式 加 速 度 计 隧 道 式 电 流 型 加 速 度 计 是 将 微 机 械 加 工 的 硅 结 构 与基 于 电 子 隧 穿 效 应 的 新 的 高 灵 敏 测 量 技 术 结 合 在 一起 形 成 的 。 其 基 本 原 理 是 利 用 在 窄 的 真 空 势 垒 中 的电 子 隧 穿 效 应 。 在 距 离 接 近 原 子 线 度 的 针 尖 与 电 极之 间 加 一 电 压 ， 电 子 就 会 穿 过 两 个 电 极 之 间 的 势 垒 ，流 向 另 一 电 极 ,形 成 隧 道 电 流 。 隧 道 电 流 对 针 尖 与 电极 之 间 的 距 离 变 化 非 常 敏 感 ， 距 离 每 减 小 0.1 nm，隧 道 电 流 就 会 增 加 一 个 数 量 级 ， 由 此 可 做 出 灵 敏 度非 常 高 的 微 机 械 加 速 度 计 。 v6 3 微 机 械 传 感 器 的 结 构 和 原 理 (5) 结 构 型 阻 抗 式 传 感 器 示 例 电 阻 应 变 式 传 感 器5.1 电 容 式 传 感 器5.2 电 感 式 传 感 器 5.3 微 机 械 传 感 器 5.4 v7.1电 阻 应 变 式 传 感 器 电 阻 应 变 式 传 感 器 的 应 用 1） 将 应 变 片 粘 贴 于 被 测 构 件 上 ，直 接 用 来 测 定 构 件 的 应 变 和 应力 。 2） 将 应 变 片 贴 于 弹 性 元 件 上 ，与 弹 性 元 件 一 起 构 成 应 变 式 传感 器 。 图 2.77 电 阻 应 变 式 加 速 度 传 感 器1 壳 体 2 质 量 块 3 悬 臂 梁 4 应 变 片 5 阻 尼图 中 是 一 种 典 型 的 结 构 型 传 感 器 ， 也 是 典 形 的 加 速 度 传 感 器 的 结 构 ， 其 中 ，质 量 块 的 作 用 是 敏 感 加 速 度 并 将 其 转 换 为 对 弹 性 梁 的 作 用 力 ； 因 此 是 敏 感 元 件 ， 弹 性 梁 的 作 用 将 力 转 换 为 变 形 以 便 于 电 阻 应 变 计 的 测 量 ， 因 此 ， 弹性 梁 和 应 变 计 都 是 转 换 元 件 。 利 用 这 种 结 构 还 可 以 设 计 电 容 式 和 电 感 式 加速 度 传 感 器 。 v7.2电 容 式 传 感 器 1.电 容 式 水 果 质 量 传 感 器 电 容 式 水 果 质 量 传 感 器 图 为 实 现 水 果 无 损 检 测 的 测量 电 路 原 理 图 ， 正 弦 波 发 生器 输 出 的 驱 动 电 流 I流 过 由标 准 电 阻 Rb 和 被 测 水 果 作为 介 质 的 电 容 器 Z构 成 的 串联 电 路 ， 通 过 2个 具 相 同 增益 的 K的 差 分 放 大 器 输 出E1E2， 可 测 得 水 果 的 特 性 参数 为 ： 1 21S S SZ R j C E E 达 到 水 果 分 选 的 目 的 。 2.电 容 式 倾 角 传 感 器 一 种 液 态 电 极 差 动 电 容 式倾 角 传 感 器 件 结 构 如 图 所示 。 当 可 转 动 电 极 (1) 绕轴 心 转 动 时 , 其 分 别 与 固定 电 极 (2) (3) 构 成 的 电容 C1、 C2 发 生 差 动 变 化 , 通 过 测 量 电 容 量 随 倾 角 的变 化 而 实 现 对 倾 角 变 化 量 的 检 测 。 图 2 所 示 为 一 维 液 态 电 这 种 传 感 结 构 ，以 夹 层 腔 体 中 液 态 导 电 体 (1)作 为 电 容 运 动 电 极 , 配 合 固 定 电 容 电 极 2、 3以及 在 其 表 面 的 电 介 质 层 , 构 成 差 动 可 变 电 容 结 构 ， 当 传 感 器 绕 其 工 作 轴 转动 时 ， 可 变 电 容 的 电 容 量 发 生 差 动 变 化 。 经 差 动 脉 冲 宽 度 调 制 电 路 处 理 后 , 即 可 得 到 相 对 于 角 度 变 化 的 线 性 电 压 。 液 态 电 极 差 动 电 容 结 构 原 理 图 v7.2电 容 式 传 感 器 (2) 3.电 容 式 差 压 传 感 器 电 容 式 差 压 传 感 器 原 理 结 构 由 两 个 玻 璃 圆 盘 和 一 个 金 属 (不 锈钢 )膜 片 组 成 。 两 玻 璃 圆 盘 上 的 凹面 深 约 25?m， 其 上 各 镀 以 金 作 为电 容 式 传 感 器 的 两 个 固 定 极 板 ，而 夹 在 两 凹 圆 盘 中 的 膜 片 则 为 传感 器 的 可 动 电 极 ， 则 形 成 传 感 器的 两 个 差 动 电 容 C1、 C2。 当 两 边压 力 p1、 p2相 等 时 ， 膜 片 处 在 中间 位 置 与 左 、 右 固 定 电 容 间 距相 等 ， 因 此 两 个 电 容 相 等 ； 当 p1 p2时 ， 膜 片 弯 向 p2， 那 么 两 个 差动 电 容 一 个 增 大 、 一 个 减 小 ， 且 变 化 量 大 小 相 同 ； 当 压 差 反 向 时 ，差 动 电 容 变 化 量 也 反 向 。 这 种 差 压 传 感 器 也 可 以 用 来 测 量 真 空 或 微小 绝 对 压 力 ， 此 时 只 要 把 膜 片 的 一 侧 密 封 并 抽 成 高 真 空 (10-5Pa)即可 。 v7.2电 容 式 传 感 器 (3) 4.电 容 式 接 近 开 关 电 容 式 接 近 传 感 器主 要 高 频 振 荡 器 、 整 流 器 、 整 形 和 放 大 电 路 组 成 。 电 源 接通 时 ， RC振 荡 器 不 振 荡 ， 当 一 目 标 朝 着 电 容 器 的 电 靠 近 时 ，电 容 器 的 容 量 增 加 ， 振 荡 器 开 始 振 荡 。 通 过 后 级 电 路 的 处理 ， 将 振 和 振 荡 两 种 信 号 转 换 成 开 关 信 号 ， 从 而 起 到 了 检测 有 无 物 体 存 在 的 目 的 。 v7.2电 容 式 传 感 器 (4) v7.3电 感 式 传 感 器 1.深 亚 微 米 精 度 电 感 式 位 移 传 感 器 (a) 传 感 器 结 构 示 意 图 (b) 半 桥 工 作 原 理 差 动 自 感 式 微 位 移 传 感 器 原 理 图 线 圈 的 电 感 可 用 下 式 计 算 ： 2 20 0r2 2 00 rL tL 1 r th h R 11 tt r 1 h为 线 圈 的 高 度 ； R、 r为 线 圈的 外 径 和 内 径 ； L0 为 线 圈 初 始电 感 ； t0 为 铁 芯 位 于 该 线 圈 中的 初 始 长 度 。 可 见 线 圈 电 感 量的 变 化 正 比 于 测 杆 位 移 的 变 化 t 量 . 并 且 当 测 杆 上 升 时 ,单个 线 圈 (以 下 面 的 线 圈 为 例 ) 阻抗 减 小 , Z = Z Z； 当 测 杆下 降 时 ,线 圈 阻 抗 增 加 Z = Z 2.自 感 式 电 动 阀 门 扭 矩 测 量 系 统 图 2.85感 式 扭 矩 测 量 装 置1 机 体 2 轴 承 3 蜗 杆 4 线 圈 5 铁 芯 6 联 轴 器 7 电 机 8 蜗 轮 扭 矩 测 量 原 理 是 : 在 开 启 和 关闭 阀 门 时 , 电 机 带 动 蜗 杆 、 蜗轮 转 动 ， 通 过 蜗 轮 轴 驱 动 与 之相 联 的 阀 门 。 设 阀 门 负 载 扭 矩值 为 T (N m) , 蜗 轮 分 度 圆 半 径为 R , 则 作 用 在 蜗 轮 分 度 圆 上的 力 为 F (F = T/R) ， 蜗 轮 作 用在 蜗 杆 上 的 反 作 用 力 为 F 1。在 F 1 的 作 用 下 ,蜗 杆 将 产 生 微量 的 轴 向 位 移 或 变 形 ， 导 致 铁芯 随 蜗 杆 联 动 ,使 线 圈 的 电 感发 生 变 化 。 v7.3电 感 式 传 感 器 (2) 扭 矩 测 量 装 置 测 试 电 路 原 理 图 L 2 是 作 为 基 准 用 的电 感 线 圈 , 它 的 各 种参 数 如 几 何 尺 寸 、材 质 、 线 径 、 匝 数等 等 同 于 L 1, 但 不 安装 在 轴 上 。 L 1、 L 2 及 电 阻 R 1 和 R 2 组成 交 流 电 桥 , 并 由 V 1 V 4 及 V 5 V 8 二 极 管 组 成 的 桥 式整 流 电 路 , 使 电 桥 输出 端 A 、 B 2 点 位 直流 , 并 经 LC 滤 波 器 滤 去 高 次 谐 波 。 输 出 反 映 2 个 电 感 线 圈 的电 感 量 之 差 , 亦 即 反 映 了 被 测 扭 矩 值 。 v7.3电 感 式 传 感 器 (3) v7.4 微 机 械 传 感 器 叉 指 式 硅 微 加 速 度 计 结 构 简 图 (a)静 止 状 态 ;(b)活 动 状 态 加 速 度 计 由 中 央 叉 指 状 活 动 极 板 与 若 干 对 固 定 极 板 组 成 。 硅 制 活 动极 板 通 过 一 对 支 承 梁 弹 簧 与 基 座 相 连 ， 支 承 梁 能 使 活 动 极 板 (检测 质 量 )敏 感 加 速 度 而 产 生 位 移 。 活 动 极 板 上 有 若 干 对 叉 指 ， 每个 叉 指 对 应 一 对 固 定 电 极 板 ， 固 定 电 极 板 固 定 在 基 座 上 。 当 加 速度 计 处 于 静 止 状 态 时 ， 叉 指 正 好 处 于 一 对 固 定 电 极 的 中 央 ， 即 叉指 和 与 其 对 应 的 两 个 固 定 电 极 的 间 距 相 等 (为 y0)， 这 时 电 容 量C1=C2。 当 加 速 度 计 敏 感 加 速 度 时 ， 在 惯 性 力 作 用 下 ， 活 动 极 板产 生 位 移 (如 图 2.87(b)， 这 时 ， 叉 指 和 左 右 两 固 定 极 板 的 间 距发 生 变 化 ， 即 C1 C2， 产 生 的 瞬 时 输 出 信 号 将 正 比 于 加 速 度 的 大小 。 运 动 方 向 则 通 过 输 出 信 号 的 相 位 反 映 出 来 。v7.4 微 机 械 传 感 器 (2) ADXL50测 量 系 统 v7.4 微 机 械 传 感 器 (3) ADXL50外 形 图 v7.4 微 机 械 传 感 器 (4) ADXL5O是 集 成 在 一 片 单 晶 硅 片 上 的 完 整 的 加 速 度 测 量 系 统 。整 个 芯 片 面 积 约 3mmX3mm， 其 中 ， 加 速 度 敏 感 元 件 部 分 边 长为 lmm， 信 号 处 理 电 路 则 布 于 四 周 。 加 速 度 敏 感 元 件 是 一 个可 变 差 动 电 容 器 ， 2m厚 的 活 动 极 板 上 伸 出 50个 叉 指 ， 形 成了 电 容 器 的 动 极 板 (如 图 2.87(a)所 示 )。 固 定 电 容 极 板 则 由一 系 列 悬 臂 梁 组 成 (如 图 2.87(b)所 示 )， 这 些 悬 臂 梁 与 基 座间 有 1m的 间 隙 ， 悬 壁 梁 的 一 端 固 连 于 基 座 上 ， 整 个 活 动 极板 通 过 支 承 梁 固 定 ， 支 承 梁 能 保 证 活 动 极 板 沿 敏 感 加 速 度 的方 向 作 线 振 动 ， 而 其 他 方 向 的 运 动 都 受 到 约 束 。 支 承 梁 同 时作 为 一 个 弹 簧 ， 能 将 输 入 的 加 速 度 信 号 转 换 为 位 移 信 号 ， 同时 提 供 恢 复 力 ， 使 活 动 极 板 恢 复 到 零 点 位 置 。 支 承 梁 可 以 是直 梁 ， 或 折 叠 梁 。v7.4 微 机 械 传 感 器 (5) 思 考 题v1. 设 计 一 只 压 阻 式 低 频 加 速 度 传 感 器 ， 试 画 出工 作 原 理 图 ， 相 应 的 电 桥 测 量 线 路 ， 并 画 出 改 加速 度 传 感 器 的 幅 频 特 性 示 意 图v2. 从 输 出 电 压 灵 敏 度 出 发 ， 如 何 设 计 压 阻 式 压力 传 感 器 电 阻 条 的 位 置 ， 试 举 例 说 明 v一 台 采 用 等 强 度 梁 的 电 子 秤 ， 在 梁 的 上 、 下 两 面各 帖 有 两 篇 应 变 片 ， 做 成 秤 重 传 感 器 ， 如 图 1-1所示 ， 已 知 l=100mm， b=11mmh=3mm， E=， 接 入直 流 四 臂 差 动 电 桥 ， 供 桥 电 压 6v， 当 秤 重 0.5kg是 ，电 桥 的 输 出 电 压 为 多 大 ？ v4. 现 有 基 长 为 10mm与 20mm的 两 种 丝 式 应 变 片 ，预 测 钢 构 件 频 率 为 10khz的 动 态 应 力 ， 若 要 求 应 变波 幅 测 量 的 相 对 误 差 小 于 0.5%， 试 问 应 选 用 那 一种 ？ 为 什 么 ？ 5.证 明 差 动 电 桥 线 路 能 实 现 温 度 补 偿 。