电阻式传感器ppt课件

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电阻式传感电阻式传感器器PPTPPT讲座讲座电阻式传感器PPT讲座1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物导学表导学表导学表2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.13.1工作原理工作原理n应变应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象n弹性应变弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变n弹性元件弹性元件具有弹性应变特性的物体具有弹性应变特性的物体3.1工作原理应变3我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物应变式传感器应变式传感器是利用弹性元件和电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器是利用弹性元件和电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器工作原理：工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件弹性元件在力、力矩或压力等的作在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应应变片变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。出的电量大小反映被测量的大小。结构：结构：应变式传感器由应变式传感器由弹性元件（敏感元件）弹性元件（敏感元件）上粘贴上粘贴电阻应变片（转换电阻应变片（转换元件）元件）构成构成应用：应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量应变式传感器是利用弹性元件和电阻应变片将应变转换为电阻值变化4我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.1 3.1.1 应变效应应变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即导导体体或或半半导导体体材材料料在在外外界界力力的的作作用用下下产产生生机机械械变变形形时时，其其电电阻阻值值相相应应发发生生变变化化，这种现象称为这种现象称为“应变效应应变效应”。本本章章按按照照构构成成电电阻阻的的材材料料的的不不同同，分分别别介介绍绍电阻应变式电阻应变式传感器和传感器和压阻式压阻式传感器。传感器。3.1.1 应变效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应5我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：n受外力作用伸长，长度增加，截面积减少，电阻值会受外力作用伸长，长度增加，截面积减少，电阻值会增大增大。n受外力作用压缩，长度减小，截面增加，电阻值会受外力作用压缩，长度减小，截面增加，电阻值会减小减小。n电阻率增大，电阻值会电阻率增大，电阻值会增大增大n电阻率减小，电阻值会电阻率减小，电阻值会减小减小特性分析特性分析一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：特性分析6我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 当当电电阻阻丝丝受受到到拉拉力力F作作用用时时，将将伸伸长长L，横横截截面面积积相相应应减减小小A，电电阻阻率率因因材材料料晶晶格格发发生生变变形形等等因因素素影影响而改变了响而改变了，从而引起电阻值变化量为，从而引起电阻值变化量为：电阻相对变化量：电阻相对变化量：对电阻等式对电阻等式求全微分求全微分dl/l：长度相对变化量，即材料的轴向线应变，：长度相对变化量，即材料的轴向线应变，用应变用应变 表示为表示为 当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长L，横截7我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 dA/A圆圆形形电电阻阻丝丝的的截截面面积积相相对对变变化化量量，设设r为为电电阻丝的半径，则阻丝的半径，则A=r2。微分后可得。微分后可得dA=2r dr，则，则：材材料料力力学学：在在弹弹性性范范围围内内，金金属属丝丝受受拉拉力力时时，沿沿轴轴向向伸伸长长，沿径向缩短，沿径向缩短，轴向应变和径向应变的关系可表示为轴向应变和径向应变的关系可表示为：为电阻丝材料的泊松比，为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。负号表示应变方向相反。-泊松比：指材料在单向受拉或受压时，泊松比：指材料在单向受拉或受压时，横向正应变横向正应变与与轴向正应变轴向正应变的的绝对值绝对值的的比值比值，也叫，也叫横向变形系数横向变形系数，它是反映材料横向变形的它是反映材料横向变形的弹性常数弹性常数。-法国科学家泊松，法国科学家泊松，1829年，年，弹性体平衡和运动弹性体平衡和运动研究报告研究报告截面半径相对变化量，截面半径相对变化量，即材料的径向应变即材料的径向应变 dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设8我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物推得：推得：定定义义：电电阻阻丝丝的的灵灵敏敏系系数数（物物理理意意义义）：单单位位应应变变所引起的电阻相对变化量。其表达式为所引起的电阻相对变化量。其表达式为 推得：定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单9我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物灵敏度系数灵敏度系数K K受两个因素影响受两个因素影响n一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即即1+21+2n二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即即（/）/。n对对金属材料金属材料：1+21+2(/)/)/n对对半导体材料半导体材料：(/)/)/1+21+2n大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与电阻的相对变化与应变成正比，即应变成正比，即K K为常数。为常数。灵敏度系数K受两个因素影响一是应变片受力后材料几何尺寸的变化10我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.1.2 3.1.2 电阻应变片种类电阻应变片种类n常用的电阻应变片有两种：常用的电阻应变片有两种：n金属电阻应变片金属电阻应变片n半导体应变片半导体应变片 3.1.2 电阻应变片种类常用的电阻应变片有两种：11我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属电阻应变片n灵敏度取决于尺寸变化（应变效应为主）金属电阻应变片12我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物半导体应变片半导体应变片n灵敏度取决于电阻率的变化（压阻效应为主）半导体应变片13我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对于不同类型的半导体，施加载荷的方向不同，压阻效应不一样；目前使用最多的是单晶硅半导体。压阻式压力传感器具有极低的价格、较高的精度以及良好的线性特性，是目前应用最为广泛的压力传感器分析：当半导体应变片受轴向力作用时分析：当半导体应变片受轴向力作用时半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：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变力半导体材料的所受应变力;E半导体材料的弹性模量半导体材料的弹性模量;半导体材料的应变。半导体材料的应变。压阻效应压阻效应：单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用：单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象时，其电阻率发生变化的现象弹性模量：弹性模量：单向应力状态下单向应力状态下应力除以该方向的应变应力除以该方向的应变。对于不同类型的半导体，施加载荷的方向不同，压阻效应不一样；目14我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物因此：因此：实实验验证证明明，E比比1+2大大上上百百倍倍，所所以以1+2可可以以忽忽略略，因而因而半导体应变片半导体应变片的灵敏系数为：的灵敏系数为：因此：实验证明，E比1+2大上百倍，所以1+2可以忽略15我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 测量原理：测量原理：1.在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，2.应变片随着发生相同的变化，应变片随着发生相同的变化，3.同时应变片电阻值也发生相应变化。同时应变片电阻值也发生相应变化。4.当当测测得得应应变变片片电电阻阻值值变变化化量量为为R时时，便便可可得得到到被被测测对象的应变值对象的应变值，5.根据应力与应变的关系，得到应力值根据应力与应变的关系，得到应力值为为 6.最终求得外力大小最终求得外力大小=E 应变力正比于电阻值的变化！应变力正比于电阻值的变化！测量原理：=E 应变力正比于电阻值的变16我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1 应变片的温度误差应变片的温度误差 由由于于测测量量现现场场环环境境温温度度的的改改变变而而给给测测量量带带来来的的附附加加误误差，差，称为应变片的称为应变片的温度误差温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有两个方面：产生应变片温度误差的主要因素有两个方面：1.电阻温度系数的影响电阻温度系数的影响2.试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：Rt=R0(1+0t)3.1.3 温度误差及补偿1 应变片的温度误差Rt=R0(1+0t)3.1.17我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1）电阻温度系数）电阻温度系数0式中式中:Rt温度为温度为t时的电阻值；时的电阻值；R0温度为温度为0时的电阻值；时的电阻值；0金属丝的电阻温度系数；金属丝的电阻温度系数；t温度变化值。温度变化值。当温度变化当温度变化t时，电阻丝电阻的变化值为：时，电阻丝电阻的变化值为：R=Rt-R0=R00t Rt=R0(1+0t)温度改变1度时电阻值的相对变化1）电阻温度系数0式中:Rt温度为t时的电阻值18我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 当当试试件件与与电电阻阻丝丝材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数相相同同时时：环环境境温温度度变变化不会产生附加变形。化不会产生附加变形。当当试试件件与与电电阻阻丝丝材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数不不同同时时：环环境境温温度度变变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。设设电电阻阻丝丝和和试试件件在在温温度度为为0时时的的长长度度均均为为l0,它它们们的的线线膨膨胀胀系系数数分分别别为为s和和g，若若两两者者不不粘粘贴贴，则则它它们们的的长长度度分分别别为：为：ls=l0(1+st)lg=l0(1+gt)2）线膨胀系数）线膨胀系数 ls=l0(1+st)2）线膨胀系数19我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 则则当当两两者者粘粘贴贴在在一一起起时时，电电阻阻丝丝产产生生的的附附加加变变形形l、附附加加应应变变和和附附加加电电阻阻变变化化R分分别为：别为：则当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形l20我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 结结论论：因因环环境境温温度度变变化化而而引引起起的的附附加加电电阻阻的的相相对对变变化化量量，除除了了与与环环境境温温度度有有关关外外，还还与与应应变变片片自自身身的的性性能能参参数数（K0,0,s）以及被测试件线膨胀系数）以及被测试件线膨胀系数g有关。有关。由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 21我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2 2 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法 电电阻阻应应变变片片的的温温度度补补偿偿方方法法通通常常有有线线路路补补偿偿和和应变片自补偿应变片自补偿两大类。两大类。电电桥桥补补偿偿是是最最常常用用且且效效果果较较好好的的电电阻阻片片温温度度误误差差补补偿方法。偿方法。2 电阻应变片的温度补偿方法22我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2 2 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法n 2)应变片自补偿应变片自补偿n 使用特殊的应变片，当温度发生变化时，应变片本身的电阻增量为使用特殊的应变片，当温度发生变化时，应变片本身的电阻增量为零，这种应变片称为温度自补偿片。零，这种应变片称为温度自补偿片。n (1)单丝自补偿应变片单丝自补偿应变片n (2)双丝组合式自补偿应变片双丝组合式自补偿应变片上一页 下一页返回232 电阻应变片的温度补偿方法上一页下一页返回2323我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2 2 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法 (1)单丝自补偿应变片单丝自补偿应变片:根据温度自补偿应变片的工作原理，由温度变化根据温度自补偿应变片的工作原理，由温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量应为零。而引起的应变片总电阻相对变化量应为零。上一页 下一页返回242 电阻应变片的温度补偿方法上一页下一页返回2424我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2 2 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法 (2)双丝组合式自补偿应变片双丝组合式自补偿应变片:由两种不同电阻系数由两种不同电阻系数(一种为正值，一种一种为正值，一种为负值为负值)的材料串联在一起形成一个应变片，满足两段电阻丝随温度变的材料串联在一起形成一个应变片，满足两段电阻丝随温度变化使应变片产生的化使应变片产生的电阻增量大小相等电阻增量大小相等、符号相反符号相反的条件，在一定的温的条件，在一定的温度范围内即可实现温度补偿。两段电阻丝的电阻大小可由下式来进行度范围内即可实现温度补偿。两段电阻丝的电阻大小可由下式来进行选择。选择。这种补偿方法主要补偿的是由于这种补偿方法主要补偿的是由于电阻丝的温度系数电阻丝的温度系数所带来的误差，而由于所带来的误差，而由于电阻丝和被测件材料的电阻丝和被测件材料的热膨胀系数不同所产生的测量误差则无法进行热膨胀系数不同所产生的测量误差则无法进行补偿补偿。上一页 下一页返回252 电阻应变片的温度补偿方法上一页下一页返回2525我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2 2 电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法9.26n 1)线路补偿法线路补偿法n 电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿法。利用电桥电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿法。利用电桥相邻两臂相邻两臂同时产生同时产生大小相等大小相等、符号相同符号相同的电阻增量的电阻增量不会破坏电桥平衡不会破坏电桥平衡的特性来的特性来达到补偿的目的。达到补偿的目的。n全桥的温度补偿原理如全桥的温度补偿原理如图图所示，当环境温度升高时，桥臂上的应变片所示，当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所，所以全桥的温漂较小以全桥的温漂较小;半桥也同样能克服温漂。半桥也同样能克服温漂。上一页 下一页返回262 电阻应变片的温度补偿方法9.26上一页下一页返回2626我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n：用：用比较法比较法测量各种量（如电阻、电容、电测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。感等）的仪器。n最简单的是由最简单的是由四个支路四个支路组成的电路。各支路组成的电路。各支路称为电桥的称为电桥的“臂臂”。na,ca,c：电源输入端；：电源输入端；b,db,d：桥路输出端：桥路输出端n如图电路中：如图电路中：1.1.有一电阻为有一电阻为未知（未知（R1R1）2.2.一对角线中接入一对角线中接入直流电源直流电源U U，3.3.另一对角线接入另一对角线接入检流计检流计G G。4.4.通过调节各已知电阻的值使通过调节各已知电阻的值使G G中无电流通过，中无电流通过，则则电桥平衡电桥平衡5.5.未知电阻未知电阻R1=R2R4/R3R1=R2R4/R3。27电桥电路电桥电路：用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。27电桥27我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电路分析电路分析ng g为由为由桥臂电阻桥臂电阻和和电源电压电源电压决定的常数。决定的常数。n由上式可知，由上式可知，当当R R3 3和和R R4 4为常数时，为常数时，R R1 1和和R R2 2对电桥输出电对电桥输出电压压U Uo o的作用方向相反的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度利用这一基本关系可实现对温度的补偿。的补偿。电路分析g为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。28我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 测量方法：测量方法：当被测试件不承受应变时当被测试件不承受应变时：R1和和R2又又处处于于同同一一环环境境温温度度为为t的的温温度度场场中中，调调整整电电桥桥参参数使之达到平衡，此时有数使之达到平衡，此时有：工程上，一般按工程上，一般按R1=R2=R3=R4 选取桥臂电阻。选取桥臂电阻。测量方法：工程上，一般按R1=R2=29我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物温温度度补补偿偿的的实实现现：当当温温度度升升高高或或降降低低t=t-t0时时，两两个个应应变变片片因因温温度度而而引引起的电阻变化量起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，相等，电桥仍处于平衡状态，即：即：应应变变的的测测量量：被被测测试试件件有有应应变变的的作作用用，则则工工作作应应变变片片电电阻阻R1又又有有新新的的增增量量R1=R1K，而而补补偿偿片片因因不不承承受受应应变变，故故不不产产生生新新的的增增量量，此此时时电电桥桥输输出出电电压为压为：可见：可见：电桥的输出电压电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变仅与被测试件的应变有关，而有关，而与环境温度无关与环境温度无关。温度补偿的实现：当温度升高或降低t=t-t0时，两个应变片30我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 注意补偿条件注意补偿条件 在应变片工作过程中，保证在应变片工作过程中，保证R3=R4。R1和和R2两两个个应应变变片片应应具具有有相相同同的的电电阻阻温温度度系系数数、线线膨膨胀胀系系数数、应应变灵敏度系数变灵敏度系数K和初始电阻值和初始电阻值R0。粘粘贴贴补补偿偿片片的的补补偿偿块块材材料料和和粘粘贴贴工工作作片片的的被被测测试试件件材材料料必必须须一一样样，两者线膨胀系数相同。两者线膨胀系数相同。两应变片应处于同一温度场。两应变片应处于同一温度场。注意补偿条件 31我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电阻式传感器ppt课件32我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物不要长时间测量；不要长时间测量；对电阻实施恒温措施；对电阻实施恒温措施；对电阻做温度误差补偿，即采对电阻做温度误差补偿，即采用补偿应变片用补偿应变片不要长时间测量；对电阻实施恒温措施；对电阻做温度误差补偿33我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.2 3.2 测量电路测量电路 3.2.1 3.2.1 直流电桥直流电桥 1.1.直流电桥平衡条件直流电桥平衡条件图图3-5 直流电桥直流电桥 当当RL时，电桥输出电压为：时，电桥输出电压为：3.2 测量电路 3.2.1 直流电桥图3-5 直流电桥 34我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物当电桥平衡时，当电桥平衡时，Uo=0，则有：，则有：R1R4=R2R3或：或：电电桥桥平平衡衡条条件件：欲欲使使电电桥桥平平衡衡，其其相相邻邻两两臂臂电电阻阻的的比比值值应应相相等等，或相对两臂电阻的乘积应相等。或相对两臂电阻的乘积应相等。电桥平衡条件电桥平衡条件对臂积相等；邻臂比相等对臂积相等；邻臂比相等当电桥平衡时，Uo=0，则有：R1R4=R2R3或：电桥35我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2.电压灵敏度电压灵敏度 应应变变片片工工作作时时：电电阻阻值值变变化化很很小小，电电桥桥相相应应输输出出电电压压也也很很小小，一一般般需需要要加加入入放放大大器器进进行行放放大大。由由于于放放大大器器的的输输入入阻阻抗抗比比桥桥路路输输出出阻阻抗抗高高很很多多，所所以以此此时时仍仍视视电桥为电桥为开路开路情况。情况。当当受受应应变变时时：若若应应变变片片电电阻阻变变化化为为R，其其它它桥桥臂臂固固定定不不变变，电电桥桥输输出出电电压压Uo0，则则电电桥桥不不平平衡衡，输输出出电压为电压为 2.电压灵敏度36我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电阻式传感器ppt课件37我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 设设桥桥臂臂比比n=R2/R1，由由于于R1R1，分分母母中中R1/R1可可忽略，忽略，并考虑到平衡条件并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3，则上式可写为：则上式可写为：电桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为：设桥臂比n=R2/R1，由于R1R1，分38我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物分析：分析：电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度正正比比于于电电桥桥供供电电电电压压，供供电电电电压压越越高高，电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度越越高高，但但供供电电电电压压的的提提高高受受到到应应变变片片允许功耗的限制，所以要作适当选择；允许功耗的限制，所以要作适当选择；电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度是是桥桥臂臂电电阻阻比比值值n的的函函数数，恰恰当当地地选选择桥臂比择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。？当当E E值确定后，值确定后，n n取何值时才能使取何值时才能使K KU U最高？最高？分析：？当E值确定后，n取何值时才能使KU最高？39我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Claim:Proof:对n求导，令值为0 即：n=1时，前式取最大值1/4。40Claim:4040我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物分析：思路：分析：思路：dKU/dn=0求求KU的最大值的最大值 求求 得得 n=1时时，KU为为 最最 大大 值值。即即 在在 供供 桥桥 电电 压压 确确 定定 后后，当当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有：时，电桥电压灵敏度最高，此时有：结结论论：当当电电源源电电压压E和和电电阻阻相相对对变变化化量量R1/R1一一定定时时，电电桥桥的的输输出出电电压压及及其其灵灵敏敏度度也也是是定定值值，且且与与各各桥桥臂臂电电阻阻阻阻值值大小无关。大小无关。分析：思路：dKU/dn=0求KU的最大值 求得n=1时41我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3.非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法 与与R1/R1的关系是非线性的，非线性误差为的关系是非线性的，非线性误差为 理想情况理想情况（略去分母中的（略去分母中的R1/R1项）：项）：实际情况实际情况（保留分母中的（保留分母中的R1/R1项）：项）：3.非线性误差及其补偿方法 与R42我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如果桥臂比如果桥臂比n=1，则则：例如：例如：对对于于一一般般应应变变片片：所所受受应应变变通通常常在在5000以以下下，若若取取K=2，则则R1/R1=K=0.01，计计算算得得非非线线性性误误差差为为0.5%；若若K=130，=1000时时，R1/R1=0.130，则则得得到到非非线线性性误误差差为为6%，故故当当非线性误差不能满足测量要求时，必须予以消除。非线性误差不能满足测量要求时，必须予以消除。如果桥臂比n=1，则：例如：43我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电阻式传感器ppt课件44我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图图3.6 差动电桥差动电桥 减小和消除非线性误差的方法减小和消除非线性误差的方法图3.6 差动电桥 减小和消除非线性误差的方法45我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物半半桥桥差差动动：在在试试件件上上安安装装两两个个工工作作应应变变片片，一一个个受受拉拉应应变变，一一个个受受压压应变，应变，接入电桥相邻桥臂。接入电桥相邻桥臂。该电桥输出电压为：该电桥输出电压为：若若R1=R2，R1=R2，R3=R4，则得：，则得：可可知知：Uo与与R1/R1成成线线性性关关系系，无无非非线线性性误误差差，而而且且电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。，是单臂工作时的两倍。半桥差动：在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压46我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物全全桥桥差差动动：电电桥桥四四臂臂接接入入四四片片应应变变片片，即即两两个个受受拉拉应应变变，两两个个受受 压压 应应 变变，将将 两两 个个 应应 变变 符符 号号 相相 同同 的的 接接 入入 相相 对对 桥桥 臂臂 上上。若若R1=R2=R3=R4，且，且R1=R2=R3=R4，则，则：结结论论：全全桥桥差差动动电电路路不不仅仅没没有有非非线线性性误误差差，而而且且电电压灵敏度为单片工作时的压灵敏度为单片工作时的4倍。倍。全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压47我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物差动电桥的放大作用差动电桥的放大作用1.输出对称电桥；半桥双臂差动：输出对称电桥；半桥双臂差动：“接入的两个应变片关于桥路输出端对称，且这接入的两个应变片关于桥路输出端对称，且这两个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等、两个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等、符号相反符号相反”R1=R2=R；R1 =-R22.全等臂电桥；全桥差动：全等臂电桥；全桥差动：R1 =R2 =R3=R4=R；R1 =R3=-R2=-R448差动电桥的放大作用4848我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n不对称电桥，不对称电桥，4个应变片：个应变片：n不对称电桥，不对称电桥，1个应变片：个应变片：n输出对称电桥，输出对称电桥，1个应变片：个应变片：n电源对称电桥，电源对称电桥，1个应变片：个应变片：n等臂电桥，等臂电桥，1个应变片：个应变片：49直流电桥总结直流电桥总结不对称电桥，4个应变片：49直流电桥总结49我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n差动差动直流电桥总结：直流电桥总结：n输出对称电桥，半桥双臂差动：输出对称电桥，半桥双臂差动：n等臂电桥，全桥差动：等臂电桥，全桥差动：503.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器差动直流电桥总结：503.1电阻应变式传感器50我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物51我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.2.2 3.2.2 交流电桥交流电桥 引引入入原原因因：由由于于应应变变电电桥桥输输出出电电压压很很小小，一一般般都都要要加加放放大大器器，而而直直流流放放大大器器易易于于产产生生零零漂漂，因因此此应应变电桥多采用交流电桥。变电桥多采用交流电桥。由由于于供供桥桥电电源源为为交交流流电电源源，引引线线分分布布电电容容使使得得二二桥桥臂臂应应变变片片呈呈现现复复阻阻抗抗特特性性，即即相相当当于于两两只只应应变变片片各各并联了一个电容。并联了一个电容。3.2.2 交流电桥52我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物交流电桥交流电桥 交流电桥 53我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物式中式中,C1、C2表示应变片引线分布电容。表示应变片引线分布电容。每一桥臂上复阻抗分别为：每一桥臂上复阻抗分别为：式中,C1、C2表示应变片引线分布电容。每一桥臂上复阻抗54我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物交流电桥输出：交流电桥输出：电桥平衡条件：电桥平衡条件：Uo=0，即：，即：Z1Z4=Z2Z3 整理可得：整理可得：交流电桥输出：电桥平衡条件：Uo=0，即：Z1Z4=Z255我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物变形为：变形为：交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）：（实部、虚部分别相等）：变形为：交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）：56我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物交交流流电电桥桥的的电电路路与与直直流流电电桥桥相相同同，但但在在电电路具体实现上与直流电桥有两点不同：路具体实现上与直流电桥有两点不同：（1）供桥电源是高频交流电源；）供桥电源是高频交流电源；（2）交流电桥的桥臂可以是纯电阻，也可以是）交流电桥的桥臂可以是纯电阻，也可以是含有电容、电感的交流阻抗。含有电容、电感的交流阻抗。dcabUU0Z1Z2Z3Z43.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器 交流电桥的电路与直流电桥相同，但在电路具体实现上57我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物交流电桥的平衡条件：交流电桥的平衡条件：其中，其中，Z 为各桥臂的复阻抗为各桥臂的复阻抗：纯电阻时电流与电压同相位纯电阻时电流与电压同相位：=0；电感性阻抗电感性阻抗：0；电容性阻抗电容性阻抗：0。dcabUU0Z1Z2Z3Z43.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器 为复阻抗的阻抗为复阻抗的阻抗角，是各桥臂电流与角，是各桥臂电流与电压之间的相位差。电压之间的相位差。Z或或Z0为复为复阻抗的模阻抗的模负载阻抗特性分为纯电阻型、电感型及电容型。负载阻抗特性分为纯电阻型、电感型及电容型。特点：特点：（纯电阻）电阻性负载：电流电压的关系符合基本欧母定律（纯电阻）电阻性负载：电流电压的关系符合基本欧母定律,I=U/R。（线圈）感性负载：允许电流流过，但电流滞后于电压，可储能于电感。（线圈）感性负载：允许电流流过，但电流滞后于电压，可储能于电感。（电容）容性负载：阻止电流流过，也可储能于电容。（电容）容性负载：阻止电流流过，也可储能于电容。在交流电路中的特点是：在交流电路中的特点是：电阻性负载：电流电压的电阻性负载：电流电压的相位相同相位相同。感性负载：电流感性负载：电流滞后滞后于电压。于电压。容性负载：电流容性负载：电流超前超前于电压。于电压。交流电桥的平衡条件：其中，Z 为各桥臂的复阻抗：纯电阻时电流58我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物将复阻抗代入，将复阻抗代入，可可得：得：上式成立必须同时满足上式成立必须同时满足以下条件以下条件：幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件交交流流电电桥桥平平衡衡必必须须满满足足幅幅值值平平衡衡条条件件 和和相相位位平平衡衡条条件件，即即相相对对两两臂臂阻阻抗抗之之模模的乘积的乘积相等，它们的相等，它们的阻抗角之和阻抗角之和也必须相等。也必须相等。3.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器将复阻抗代入，可得：上式成立必须同时满足以下条件：幅值平衡条59我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物交流电桥调平衡：交流电桥调平衡：交流电桥调平衡：60我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 如如果果采采用用半半桥桥差差动动结结构构：当当被被测测应应力力变变化化引引起起工工作作应用片阻值变化时，则电桥输出为应用片阻值变化时，则电桥输出为：如果采用半桥差动结构：当被测应力变化引起工作应用61我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3 应变式传感器的应用应变式传感器的应用 应变片能将应变片能将应变应变直接转换成电阻的变化直接转换成电阻的变化其其他他物物理理量量（力力、压压力力、加加速速度度等等），需需先先将将这这些些量量转换成应变弹性元件转换成应变弹性元件应应变变式式传传感感器器的的组组成成：弹弹性性元元件件、应应变变片片、附附件件（补补偿偿元元件、保护罩等）件、保护罩等）3.3 应变式传感器的应用 应变片能将应变直接转换成电阻的62我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物被测物理量：被测物理量：荷重或力荷重或力主主要要用用途途：作作为为各各种种电电子子称称与与材材料料试试验验机机的的测测力力元元件件、发动机的推力测试、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等水坝坝体承载状况监测等力传感器的弹性元件：力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等柱式、筒式、环式、悬臂式等3.3.13.3.1应变式力传感器应变式力传感器被测物理量：荷重或力3.3.1应变式力传感器63我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1.1.柱（筒）式力传感器柱（筒）式力传感器1.柱（筒）式力传感器64我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2.2.环式力传感器环式力传感器（a）环式力传感器结构；（）环式力传感器结构；（b）应力分布图应力分布图 2.环式力传感器（a）环式力传感器结构；（65我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3悬臂梁式力传感器悬臂梁式力传感器n悬臂梁是一端固定另一端自由的弹性敏感元件，其特点是结构简单、加工方便，在较小力的测量中应用普遍。根据梁的截面形状不同可分为变截面梁（等强度梁）和等截面梁。3悬臂梁式力传感器悬臂梁是一端固定另一端自由的弹性敏感元件66我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.2 3.3.2 应变式压力传感器应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力。主要用来测量流动介质的动态或静态压力。应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。在压力在压力p作用下，膜片产生径向应变作用下，膜片产生径向应变r和切向应变和切向应变t3.3.2 应变式压力传感器67我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物应变变化曲线的特点：应变变化曲线的特点：当当x=0时，时，rmax=tmax；当当x=R时，时，t=0，r=2rmax。特特点点的的应应用用：一一般般在在平平膜膜片片圆圆心心处处切切向向粘粘贴贴R1、R4两两个个应应变变片片，在在边边缘缘处处沿沿径径向向粘粘贴贴R2、R3两两个个应应变变片片，然后接成全桥测量电路。然后接成全桥测量电路。避开避开 位置。位置。应变变化曲线的特点：特点的应用：一般在平膜片68我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.3 电阻式差压传感器电阻式差压传感器n电阻式差压传感器可用于气动测量，气动测量技术是通过空气流量和压力变化来测量工件尺寸的一种技术，由于其具备多个优点，在机械制造行业得到了广泛应用。测量方法是将长度信号先变换为气流信号，再通过气电转换器将气流信号转换为电信号，对应的传感器称为气动量仪。气动量仪与不同的气动测头搭配，可实现多种参数的测量，如孔的内径、外径、槽宽、双孔距、深度、厚度、圆度、锥度、同轴度、直线度、平面度、平行度、垂直度、通气度和密封性等。3.3.3 电阻式差压传感器电阻式差压传感器可用于气动测量，69我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.4 应变式容器内液体重量传感器应变式容器内液体重量传感器3.3.4 应变式容器内液体重量传感器70我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.5 电阻式加速度传感器n应变电阻式加速度传感器用于测量物体的加速度。加速度是运动参数而不是力，因此，它首先需要经过质量惯性系统将加速度转换成力，再作用于弹性元件上来实现测量：n应变电阻式加速度传感器的结构如图3.18所示。等强度梁的自由端安装质量块，另一端固定在壳体上；等强度梁上粘贴四个电阻应变敏感元件；通常壳体内充满硅油以调节系统阻尼系数。n测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，导致其上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化，引起测量电桥不平衡而输出电压，即可得出加速度的大小。这种测量方法主要用于低频（1060Hz）的振动和冲击测量。3.3.5 电阻式加速度传感器应变电阻式加速度传感器用于测量71我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物本章作业nP56，3.2，3.3，3.5，3.7本章作业P56，3.2，3.3，3.5，3.772