第2章电阻应变计式传感器ppt课件

1、第第2章章 电阻应变计式电阻应变计式传感器传感器 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式传感器是目前用于测量力、力矩、压力、电阻应变式传感器是目前用于测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数

2、最广泛的传感器之一。加速度、重量等参数最广泛的传感器之一。电阻应变式传感器是利用应变效应制造的一种测量电阻应变式传感器是利用应变效应制造的一种测量微小变化量微小变化量(机械机械)的理想传感器。的理想传感器。电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其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，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”。 3实验演示实验演示 ： 取一根细电阻丝，两端接上一台数字式取一根细电阻丝，两端接上一台数字式欧姆表（分辨率为欧姆表（分辨率为1/2000

3、1/2000），记下其初始阻），记下其初始阻值（图中为值（图中为10.0110.01 ）。当我们用力将该电阻。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（图中增加丝拉长时，会发现其阻值略有增加（图中增加到为到为10.0510.05 ）。）。测量应力、应变、力的传感测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。器就是利用类似的原理制作的。452.1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dAdAldlRdR（2-2） 当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长dl，横截面积相应减小dA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了d，从而引起电阻值相对变化量为： AlR 一根

4、长一根长l，截面积为，截面积为A的金属电阻丝，在其未受力时，原的金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：始电阻值为：（2-1）ll+dl2r2(r-dr)F图图 导体受拉伸后的参数变化导体受拉伸后的参数变化62.1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22rdrAdAldlAdAdr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为r，由材料力学知：r= A=r2dA/A=2dr/r式中式中 材料的轴向线应变，用材料的轴向线应变，用表示，常用单位表示，常用单位(1=1(1=110-6mm/mm);10-6mm/mm); 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，

5、设r r为电阻丝的半径：为电阻丝的半径： 其中其中 导体材料的泊松比。导体材料的泊松比。72.1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阻丝的应变灵通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的应变灵敏系数简称灵敏系数）。敏系数简称灵敏系数）。 其物理意义是单位应变所引起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：的电阻相对变化量，其表达式为：dRdR)21 (（2-3） dRdRK21（2-4） 82.1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K受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，

6、即1+2；材料的电阻率发生的变化， 即d/）/。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。1.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1+2的值要比(d/)/大得多，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。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金, 一般Km=1.84.8。92.1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压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，时， 其电

7、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变力半导体材料的所受应变力; ; EE半导体材料的弹性模量半导体材料的弹性模量; ;Ed（2-5） 102.1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那么：那么： 由于由于E(1+2)E(1+2)，因此半导体丝材的，因此半导体丝材的灵敏系数灵敏系数KsEKsE。可见，半导体材料的应变电。可见，半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。通常阻效应主要基于压阻效应。通常Ks=(50Ks=(5080)Km80)Km

8、。)21 (ERdR（2-6） 11范围较宽。范围较宽。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13利用应变片测量的基本原理：利用应变片测量的基本原理： 应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值的应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值的变化，所以应力正比于电阻值的变化。变化，所以应力正比于电阻值的变化。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14 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2.1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图图 典型应变计

9、的结构及组成典型应变计的结构及组成(a)丝式丝式 (b)箔式箔式 (c)半导体半导体1敏感栅敏感栅 2基底基底 3引线引线 4盖层盖层 5粘结剂粘结剂 6电极电极152.1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构造：构造：(1)敏感栅敏感栅:实现试件表面应变电阻转换的敏感实现试件表面应变电阻转换的敏感元件。通常由直径为元件。通常由直径为0.0150.05mm的金属丝绕的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。(2)基底基底:为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置

10、，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。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，一般为基底必须很薄，一般为0.020.04mm。 (3)引线引线:起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约引导作用。通常取直径约0.10.15mm的低阻镀的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。16二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型(4)盖层：用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；盖层：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。起着防潮、防蚀、防损等作用。(5)粘结剂：制造

11、应变计时，用它分别把盖层和敏粘结剂：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面的被测部位。因此它也起着传递底粘贴在试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。应变的作用。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。于高温，常用的有磷酸盐、硅酸

12、、硼酸盐等。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17二、电阻应变计的结构与类型二、电阻应变计的结构与类型1.金属丝式应变片金属丝式应变片 主要有丝绕式回线式和短接式二种。主要有丝绕式回线式和短接式二种。回线式最为常用，制作简单，性能稳定，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。成本低，易粘贴，但横向效应较大。 短接式应变计的最大优点是横向效应系短接式应变计的最大优点是横向效应系数很小数很小 (0.1)，但由于它的焊点多，焊点，但由于它的焊点多，焊点处截面变化剧烈，因而疲劳寿命短。处截面变化剧烈，因而疲劳寿命短。 2.1电阻应变计的基本原

13、理结构和应用电阻应变计的基本原理结构和应用182.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，也的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。称为应变花。箔栅的表面积比丝栅的要大，散热性好，允许通箔栅的表面积比丝栅的要大，散热性好，允许通过较大的电流，因而可以输出较强的信号，提高过较大的电流，因而可以输出较强的信号，提高测量灵敏度；测量灵敏度； 敏感栅的横向端部为较宽的栅条，故横向效应较敏感栅的横向端部为较宽的栅条，故横向效应较小；小；蠕变小、疲劳寿命长；蠕变小、疲劳寿命长；制造工艺自动化，可成批生

14、产，生产效率高。制造工艺自动化，可成批生产，生产效率高。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192.1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.金属箔式应变片金属箔式应变片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。灵敏系数大，比丝栅式、箔片式大几十倍，因而灵敏系数大，比丝栅式、箔片式大几十倍，因而输出的信号大；输出的信号大； 横向效

15、应系数小；横向效应系数小； 机械滞后小；机械滞后小； 本身的体积小，便于制作小型传感器。本身的体积小，便于制作小型传感器。 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21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。静态特性灵敏系数K，应变计的轴向应变一般KK0第二节第二节 电阻应变计的主要特性电阻应变计的主要特性xR RKx第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器 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：H双向灵

16、敏系数比 标定情况下：可见，横向效应使传感器的灵敏度系数下降，必须使H减小 丝绕式应变计的长度要长、横栅要小。 对横向效应分析结果的应用结果之一是箔式应变计0(1)xxR RKH(1)xxyyxxR RKKKaH第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器 机械滞后回差） 缘由：基底材料、粘结剂的材料、残余变形 通常要求：jZ10jZjZ卸载加载真实应变真实应变指示应变指示应变0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，普通8000limlim0P0P10%真实应变指示

17、应变第第2章章 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。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。响应起应变计的响应时，会有时间的迟后。响应迟后对动态迟后对动态( (高频高频) )应变测量，尤会产生误差应变测量，尤会产生误差。动态特性就是指其感受随时间变化的应变时之动态特性就是指其感受随时间变化的应变时之响应特性。响应特性。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器 对正弦信号的响应 一频率为f，幅值为0的正弦波，以速度v沿着应变

18、计纵向x方向传播时，在某一瞬时t：应变计中点xt的瞬时应变为 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,因此应使：012sinsinptlxlldxl21sin16pttlllfe max6lle max6fel0sin(2 / )ttx 第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器 疲劳寿命 应变计的疲劳寿命是指：在恒定幅值的交变应力作用下，应变计连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数。 当应变计出现以下三种情形之一者，即可认为是疲劳损坏：（1敏感栅或引线发生断路；（2应变计输出幅值变化 10%；（3应变计输出波形上出现穗状尖峰。 2.3电

19、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、温度效应设工作温度变化为、温度效应设工作温度变化为t，则，则引起粘贴在试件上的应变计电阻的相对引起粘贴在试件上的应变计电阻的相对变化为变化为: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；K应变计的灵敏系数；应变计的灵敏系数；s、t分别为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） ()().ttstRa tKtR 292.3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

20、应及其热输出由两部分组成：前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所引起。在工作温度变化较大时，这热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，这种热输出干扰必须加以补偿。种热输出干扰必须加以补偿。ttaKKRRtsttt).(1)/(（2-8） 30虚伪虚伪应变应变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精心选配敏感栅材料与结构参数来实现热输出补偿出补偿 。(1)单丝自补偿应

21、变计单丝自补偿应变计 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相匹配，即满相匹配，即满足足 ，达到温度自补偿的目的。，达到温度自补偿的目的。)(tstKa（2-9） 0t312.3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1、温度自补偿法、温度自补偿法(2)双丝自补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Ra栅产生正的热输出栅产生正的热输出a与与Rb栅产生负的热输

22、出栅产生负的热输出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:bataatbbatbtRRRRRR)/()(（2-10） （a回线式 （ b短接式322.3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（1双丝半桥式双丝半桥式 双丝半桥式热补偿应变计双丝半桥式热补偿应变计332.3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（1双丝半桥式双丝半桥式 敏感栅由同符号电阻温度系数的两种合金丝串敏感栅由同符号电阻温度系数的两种合金丝串接而成，工作栅接而成，工作栅R1接入工作臂，补偿栅接入工作臂，

23、补偿栅R2外接串外接串接电阻接电阻RB(不敏感温度影响不敏感温度影响)接入补偿臂，当温度接入补偿臂，当温度变化时，只要电桥工作臂和补偿臂的热输出相等变化时，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或相近，就能达到热补偿目的 。1122ttBRR（2-11） 342.3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 补偿块半桥热补偿应变计 使用两个相同的应变使用两个相同的应变计。计。R1贴在试件上，接贴在试件上，接入电桥工作臂，入电桥工作臂， R2贴在贴在与试件同材料、同环境温与试件同材料、同环境温度，但不参与机械应变的

24、度，但不参与机械应变的补偿块上，接入电桥相邻补偿块上，接入电桥相邻臂作补偿臂，补偿臂产生臂作补偿臂，补偿臂产生与工作臂相同的热输出，与工作臂相同的热输出，通过电桥，起到补偿作用。通过电桥，起到补偿作用。352.3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（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特性相同，所以两电阻变化值相同而符号相反。因而电桥输出电压比单片

25、时增加相反。因而电桥输出电压比单片时增加1倍。当梁倍。当梁上下温度一致时，上下温度一致时，RB与与R1可起温度补偿作用。可起温度补偿作用。 差动电桥法差动电桥法361、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、环境使用目的、要求、对象、环境等等（2材料考虑材料考虑使用温度、时间、最大应变量使用温度、时间、最大应变量及精度及精度（3阻值选择阻值选择根据测量电路和仪器选定标称根据测量电路和仪器选定标称电阻电阻（4尺寸考虑尺寸考虑试件表面、应力分布、粘贴面试件表面、应力分布、粘贴面积积（5其他考虑其他考虑特殊用途、恶劣环境、高精度特殊用途、恶劣环境、高精度37第第2章章 电

26、阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第四节第四节 电阻应变计的应用电阻应变计的应用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。固化条件的粘结剂如聚脂树脂、环氧树脂类。（2应变计的粘贴应变计的粘贴 预备预备试件和应变片；涂胶；贴片；试件和应变片；涂胶；贴片；复查；接线；防护。复查；接线；防护。38第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第五节第五节 测量电路测量电路工作原理工作原理第第2章章 电阻应变计式传感器电

27、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 L C平衡电桥与不平衡电桥半等臂与全等臂输出端对称与电源对称第第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：相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积相等。电压输出桥的输出特性输出电压：1324R RR R313242034123412()RR RR RRUUURRRRRRRR1423RRRR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：如果为全等臂电桥，n=1，那么：可简写为（ Ri Ri）： 1133224403344112

28、2RRRRRRRRUURRRRRRRR312421234031241234111RRRRnURRRRnURRRRnnRRRR331241240123412341142RRRRRRRRUURRRRRRRR312401234123444RRRRUUUKRRRR第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器如果只有一个臂工作，如R1，那么：因此，单臂电桥的电压灵敏度为： 111011111424RURRUURRR1014uURSUR 第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器n =1时，时，Su 为最大为最大第第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，

29、只有R很小时，桥路的输出才为线性非线性误差为3124012344RRRRUURRRR11111100110111142424RRRUURRRUUKeRUUKR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 采用恒流源全桥差动补偿全桥差动补偿若满足若满足R1=R2=R3=R1=R2=R3=R4R4，R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4则输出电压为：则输出电压为： 11RRU可见：全桥差动电桥无非线性误差；可见：全桥差动电桥无非线性误差； 电压灵敏度电压灵敏度 Su

30、=U Su=U 是使用单个应变片的是使用单个应变片的4 4倍。倍。1324RRRR、受拉应变、受压应变第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器331241240123412341142RRRRRRRRUURRRRRRRR第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器交流电桥引入原因：由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂。 由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性，即相当于两只应变片各并联了一个电容。由于低漂移集成运算放大器的发展，直流电桥得到了广泛应用。Z1UoU( a )Z2Z3Z4R1R2R4R3oUC1C2U( b )第

31、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KRRFSE应力应力施力施力弹性弹性模量模量面积面积第第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RR测定试件应力或应变时，直接将应变片粘贴在测定试件应力或应变时，直接将应变片粘贴在试件上；试件上；其他物理量力、压力、加速度等），需先将其他物理量力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变这些量转换成应变 弹性元件。弹性元件。 一.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，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成

32、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：(1)应用和测量范围广 用应变计可制成各种机械量传感器，如测力传感器可测102107N，压力传感器可测103108Pa，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(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m

33、V/V；精度较高(一般达1%3%F.S.，高精度达0.1% 0.01%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(4)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

34、变计式传感器第第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 1.1.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。视弹应变计、弹性元件和一些附件所组成。视弹性元件结构型式性元件结构型式( (如柱形、筒形、环形、梁式、如柱形、筒形、环形、梁式、轮幅式等轮幅式等) )和受载性质和受载性质( (如拉、压、弯曲和剪如拉、压、弯曲和剪切等切等) )的不同，它们有许多种类。的不同，它们有许多种类。 柱式力传感器柱式力传

35、感器(a)(a)实心圆柱实心圆柱(b)(b)空心圆柱空心圆柱第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器UiR1R3R5R7R6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5R1第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器梁式力传感器梁式力传感器EbhFlE206 上、下表面对称位置上、下表面对称位置分别粘有分别粘有4 4只应变片，只应变片，R1R1、R4R4同侧；同侧；R3 R3 、R2R2同侧，可同侧，可构成全差动电桥。构成全差动电桥。2第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第2章

36、章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器将物品重量通过悬臂梁转将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片化结构变形再通过应变片转化为电量输出。转化为电量输出。第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器第第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式和组合式其弹性体的结构形式有单一式和组合式之分。之分。单一式压力传感器是指应变计直接粘贴在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。膜片式应变压力受压弹性膜片

37、或筒上。膜片式应变压力传感器的结构、应力分布及布片，与固传感器的结构、应力分布及布片，与固态压阻式传感器雷同态压阻式传感器雷同(参阅参阅2.6节节)。 第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器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)筒式弹性元件；筒式弹性元件；(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 2222tdPDdE第第2章章 电阻应变计式传感器电阻应变计式传感器 对薄壁筒 2tdPDdE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 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。它可用来近桥，输出正