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1、第2章电阻式传感器*中国地质大学（汉）中国地质大学（汉）传感器讲义传感器讲义1第1页，共46页，编辑于2022年，星期一1、电阻式传感器的定义和分类电阻式传感器的定义和分类 一、定义一、定义 二、分类二、分类2 电位计式传感器电位计式传感器（简单介绍）（简单介绍）2.1、线绕式电位器传感器、线绕式电位器传感器 2.1、非线绕式电位器传感器、非线绕式电位器传感器第2页，共46页，编辑于2022年，星期一3、应变、应变电阻式传感器电阻式传感器 3.1应变应变电阻式传感器概论电阻式传感器概论 3.2电阻应变片的结构和工作原理电阻应变片的结构和工作原理3.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路4、电阻
2、式传感器的应用电阻式传感器的应用4.1电位计式加速度计电位计式加速度计 4.2应变式电子称应变式电子称4.3应变电阻式传感器实物图应变电阻式传感器实物图第3页，共46页，编辑于2022年，星期一 1 电阻式传感器的定义和分类电阻式传感器的定义和分类电位计式：电位计式：应变式：应变式：物理量变化物理量变化电阻变化电阻变化传感元件传感元件属于大电阻变化型，属于大电阻变化型，R：0R传传物理量变化物理量变化变形变形（应力、应变）（应力、应变）敏感元件敏感元件属于微电阻变化型，属于微电阻变化型，R：020%R传传传感元件传感元件电阻变化电阻变化 1、定义：、定义：电阻式传感器是将非电量电阻式传感器是将
3、非电量(如力、位移、如力、位移、形变、速度和加速度等形变、速度和加速度等)的变化量变换成与之成一的变化量变换成与之成一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的。对上述非电量测量的目的。2、分类、分类第4页，共46页，编辑于2022年，星期一2 电位计式传感器电位计式传感器（简单介绍）（简单介绍）2.1、线绕式电位器传感器、线绕式电位器传感器:1 1、线绕电位器结构和工作原理：、线绕电位器结构和工作原理：线线绕绕电电位位器器式式传传感感器器的的工工作作原原理理，可可由由图图21来来说说明明。若若线线绕绕电电位位器器的的绕绕线线
4、截截面面积积均均匀匀，则则R变变化化均均匀匀(线线性性)。图图21中中的的为为工工作作电电压压，为为负负载载电电阻阻两两端端的的输输出出电电压压，x为为线线绕绕电电位位器器电电刷刷移移动动的的长长度度、L为为其其总长度，对应于电刷移动量总长度，对应于电刷移动量x的电阻值为的电阻值为。第5页，共46页，编辑于2022年，星期一图图2-1绕线式绕线式工作原理图工作原理图第6页，共46页，编辑于2022年，星期一若电位器为空载若电位器为空载()时，根据分压原理得：时，根据分压原理得：而对应的电阻变化为而对应的电阻变化为：（2-1）（2-2）将式（将式（2-2）代入式（）代入式（2-1）得）得：（2-
5、3）第7页，共46页，编辑于2022年，星期一式式中中：、分分别别为为线线绕绕的的电电阻阻和和带带电电压压灵灵敏敏度度，它它们们分分别别表表明明电电刷刷单单位位位位移移所所能能引引起起的的输输出出电电阻阻和和输输出出电电压压的的变变化化量量。、均均为为常常数数。上上述述分分析析表表明明改改变变测测量量电电阻阻值值所所引引起输出电压的的变化为线性变化。起输出电压的的变化为线性变化。图图21表表示示了了电电位位器器的的工工作作原原理理：电电刷刷相相对对于于电电阻阻阻阻元元件件的的运运动动可可以以是是直直线线运运动动、转转动动和和螺螺旋旋运运动动，因因而而可可以以将将直直线线位位移移或或角角位位移移
6、转转换换为为与与其其成成一一定定函函数数关关系系的的电电阻阻或或电电压压输输出出。它它除除了了用用于于线线位位移移和和角角位位移移测测量量外外，还还用用于于测测量量压压力力、加加速速度度等等物理量。物理量。第8页，共46页，编辑于2022年，星期一优优点点：电电位位器器式式传传感感器器结结构构简简单单，价价格格低低廉廉，性性能能稳稳定定，对对环环境境条条件件要要求求不不高高，输输出出信信号号大大，并并易易实实现现函函数数关关系系的的转转换换。缺缺点点：但但由由于于存存在在摩摩擦擦和和分分辨辨率率有有限限，一一般般精精度度不不够够高高，动动态态响响应应较较差差，适适合合于于测测量量变变化化较较缓
7、缓慢慢的的量量。分分辨辨率率低低、耐耐磨磨性性差差、寿寿命命较较短短等等。因因此此人人们们研研制制了了一一些些性能优良的非线绕式电位器。性能优良的非线绕式电位器。每课一新传感器介绍每课一新传感器介绍 近日，西门子的科研工作者们成功研制出一种全新构近日，西门子的科研工作者们成功研制出一种全新构造的微型芯片传感器，它可以辨别气体与其味道造的微型芯片传感器，它可以辨别气体与其味道。第9页，共46页，编辑于2022年，星期一 据称，此种微型芯片将被应用与多种领域，例如检据称，此种微型芯片将被应用与多种领域，例如检测空气中臭氧含量，监测火灾以及气体泄漏。测空气中臭氧含量，监测火灾以及气体泄漏。此款芯片拥
8、有体积小，成本低以及超低功耗等诸多此款芯片拥有体积小，成本低以及超低功耗等诸多优点，可以在优点，可以在100毫瓦至毫瓦至1毫瓦功率下保持运作。相信不久毫瓦功率下保持运作。相信不久以后，此款芯片将嵌入多种便携设备为我们提供周到保护。以后，此款芯片将嵌入多种便携设备为我们提供周到保护。第10页，共46页，编辑于2022年，星期一碳膜电位器：碳膜电位器：是是在在绝绝缘缘骨骨架架表表面面上上喷喷涂涂一一层层均均匀匀的的电电阻阻液液经经烘烘干干聚合后而制成电阻膜。聚合后而制成电阻膜。金属膜电位器金属膜电位器是是在在玻玻璃璃或或胶胶木木基基体体上上，用用高高温温蒸蒸镀镀或或电电镀镀方方法法，涂涂覆覆一一层
9、层金金属属膜膜而而制制成成。用用于于制制作作金金属属膜膜的的合合金金为为锗锗铑铑、铂铂铜铜、铂铑、铂铑锰等。铂铑、铂铑锰等。2.2非线绕式电位器非线绕式电位器1、膜式电位器：膜式电位器：膜膜式式电电位位器器通通常常有有两两种种：一一种种是是碳碳膜膜电电位位器器另另一一种种为为金金属属膜电位器膜电位器。第11页，共46页，编辑于2022年，星期一2、导电塑料电位器：、导电塑料电位器：这这种种电电位位器器由由塑塑料料粉粉及及导导电电材材料料粉粉(合合金金、石石墨墨、碳碳黑黑等等)压压制制而而成成、它它又又被被称称为为实实心心电电位位器器。其其优优点点是是耐耐磨磨性性较较好好、寿寿命命较较长长、电电
10、刷刷允允许许的的接接触触压压力力较较大大(几几十十至至几几百百克克)3、光电电位器：、光电电位器：上上述述几几种种电电位位器器均均是是接接触触式式电电位位器器，共共同同的的缺缺点点是是耐耐磨磨性性较较差差、寿寿命命较较短短，接接触触电电阻阻对对输输出出影影响响较较大大。光光电电电电位位器器是是一一种种非非接接触触式式电电位位器器，它它克克服服了了了了上上述述几几种种电电位位器器的的缺缺点点。其结构如图其结构如图2-2所示。所示。第12页，共46页，编辑于2022年，星期一1 1、光电导层、光电导层2、基体、基体3、薄膜电阻带、薄膜电阻带、4、电刷的窄光束、电刷的窄光束5、导电电极导电电极 图图
11、2-2光电式电位器结构原理图光电式电位器结构原理图第13页，共46页，编辑于2022年，星期一光电式电位器结构原理：光电式电位器结构原理：其工作原理：其工作原理：在在当当电电刷刷的的窄窄光光束束4照照射射在在此此间间隙隙上上时时，就就相相当当于于把把电电阻阻带带3和和导导电电电电极极5接接通通，在在外外电电源源E的的作作用用下下，负负载载电电阻阻Rb上上便便有有电电压压输输出出；而而在在无无光光束束照照射射时时，因因其其暗暗电电阻阻极极大大可可视视为为电电阻阻带带与与导导电电电电极极之之间间断断路路，这这样样V输输出出电电压压随随着着光光束束位位置置移移动动而而变化变化。光光电电电电位位器器优
12、优缺缺点点：耐耐磨磨性性好好,精精度度、分分辨辨率率高高，寿寿命命、可可靠靠性性好好，阻阻值值范范围围宽宽(5000一一15M欧欧姆姆)等等等等；但但是是其其结结构构较较复复杂杂，工工作作温温度度的的范范围围比比较较窄窄(150)，输输出出电电流流小小，输出阻抗较高。输出阻抗较高。第14页，共46页，编辑于2022年，星期一3、应变、应变电阻式传感器电阻式传感器3.1应变应变电阻式传感器概论电阻式传感器概论应应变变式式电电阻阻传传感感器器是是目目前前用用于于测测量量力力、力力矩矩、压压力力、加加速速度度、重重量量等等参参数数最最广广泛泛的的传传感感器器之之一一。它它具具有有悠悠久久的的历历史史
13、，但但新新型型应应变变片片仍仍在在不不断断出出现现，它它是是利利用用应应变变效效应应制制造造的的一种测量微小变化量一种测量微小变化量(机械机械)的理想传感器。的理想传感器。虽虽然然新新型型传传感感器器不不断断出出现现、为为检检测测技技术术开开拓拓了了新新的的领领域域。但但是是，由由于于电电阻阻应应变变测测试试技技术术具具有有以以下下独独特特优优点点，可可以以预预见见在今后它仍将是一种主要的测试手段。在今后它仍将是一种主要的测试手段。第15页，共46页，编辑于2022年，星期一应变电阻式传感器优缺点：应变电阻式传感器优缺点：(1)结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；结构简单，使用方便，性能稳定、
14、可靠；(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远远距测量和遥测；距测量和遥测；(3)灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4)可以测量多种物理量。可以测量多种物理量。它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、化工、它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、化工、建筑建筑等领域。等领域。第16页，共46页，编辑于2022年，星期一3.2应变应变电阻式传感器结构原理电阻式传感器结构原理一、应变效应一、应变效应一、应变效应一、应变效应：外力外力这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为这种因形变而使其阻值发
15、生变化的现象称为应变效应应变效应。因为导体和半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸因为导体和半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸(其其L为长为长度，度，A为截面积为截面积)有关，当导体或半导体在受外力作用时，这三有关，当导体或半导体在受外力作用时，这三者都会发生变化所以会引起电阻的变化。通过测量阻值的大小，者都会发生变化所以会引起电阻的变化。通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。就可以反映外界作用力的大小。为什么会产生应变效应？为什么会产生应变效应？第17页，共46页，编辑于2022年，星期一二、二、基本结构：基本结构：电电阻阻应应变变片片种种类类繁繁多多、但但其其基基本本结结构构大大体体相相
16、似似，现现以金属丝绕式应变片结构为例加以说明。以金属丝绕式应变片结构为例加以说明。图图2-3第18页，共46页，编辑于2022年，星期一三、敏感系数及测量原理：三、敏感系数及测量原理：所谓应变片的所谓应变片的灵敏系数灵敏系数就是单位应变所能引起的电阻的相就是单位应变所能引起的电阻的相对变化。对变化。下面研究对灵敏系数的影响因素。金属导体的电下面研究对灵敏系数的影响因素。金属导体的电阻阻R为：为：如果对电阻丝长度作用均匀应力、则如果对电阻丝长度作用均匀应力、则 、L，A的变化的变化(、)将引起电阻的变化。可通过上式的全微分求得：将引起电阻的变化。可通过上式的全微分求得：相对变化量为相对变化量为：
17、（2-1）（2-3）（2-2）第19页，共46页，编辑于2022年，星期一若电阻丝是圆形的，则若电阻丝是圆形的，则则有：则有：令令 为金属丝的轴向应变，为金属丝的轴向应变，为金属丝径向应变。当金为金属丝径向应变。当金属丝受拉力时沿铀向伸长，沿径向缩短，那么轴向应属丝受拉力时沿铀向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为：变和径向应变的关系可表示为：其中表示金属材料的泊松系数。其中表示金属材料的泊松系数。把把 、代入公式代入公式(2-3)(2-3)得到：得到：（2-4）（2-5）第20页，共46页，编辑于2022年，星期一将式（将式（2-5）变形得：）变形得：称为称为应变片的灵敏系
18、数应变片的灵敏系数其其物理意义是单位应变所引起物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化的电阻相对变化。灵敏系数受两个因素影响，一个是受。灵敏系数受两个因素影响，一个是受力后材料几何尺寸的变化，即力后材料几何尺寸的变化，即 ，另一个是受力后材料，另一个是受力后材料的电阻率发生的变化即的电阻率发生的变化即：对于确定的材料对于确定的材料是常数，其数值约在是常数，其数值约在12之间。之间。实验证明实验证明也是常数。则也是常数。则表示金属表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变电阻丝的电阻相对变化与轴向应变成正比关系。成正比关系。第21页，共46页，编辑于2022年，星期一应变电阻传感测量原理应变电阻传感测
19、量原理应变电阻传感测量原理应变电阻传感测量原理第22页，共46页，编辑于2022年，星期一3.3电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路 由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来，同时电阻值的变化测量出来，同时要把电阻相对变化等转换为要把电阻相对变化等转换为电压或电流的变化电压或电流的变化，因此，需要设计专用的测量电路。，因此，需要设计专用的测量电路。用用于于测测量量应应变变变变化化而而引引起起的的电电阻阻变变化化的的电电桥桥电电路路通通常常有有直直流流电电桥桥和和交交流流电电桥桥两两种种。电电桥桥电电路路的的主主要要指指标标
20、是是桥桥路路灵灵敏敏度度、非非线线性性和和负负载载持持性性。下下面面具具体体讨讨论论有有关关电电路路和这几项指标和这几项指标。第23页，共46页，编辑于2022年，星期一一、直流电桥基本形式及一、直流电桥基本形式及平衡条件平衡条件电电流流电电桥桥的的基基本本形形式式如如图图24所所示示。R1，R2、R3，R4称为电桥的桥臂，认为称为电桥的桥臂，认为为其负载为其负载.图图2-4第24页，共46页，编辑于2022年，星期一当当 时，电桥的输出电压应为时，电桥的输出电压应为：当电桥平衡时，当电桥平衡时，由上式可得到：由上式可得到：或或称为直流电桥平衡条件。平衡电桥称为直流电桥平衡条件。平衡电桥就是桥
21、路中相邻两臂阻值之比应相等，桥路相邻两就是桥路中相邻两臂阻值之比应相等，桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为0。二、电压灵敏度：二、电压灵敏度：第25页，共46页，编辑于2022年，星期一 如果在如果在实际测量实际测量中使中使第一桥臂第一桥臂R1由应变片由应变片来替代，微来替代，微小应变引起微小电阻的变化电桥则输出不平衡电压的微小小应变引起微小电阻的变化电桥则输出不平衡电压的微小变化。当受应变时，若应变片电阻变化为变化。当受应变时，若应变片电阻变化为 ，其他桥臂固定，其他桥臂固定不变，则电桥输出电压不变，则电桥输出电压 。下面试求不平衡电桥
22、输出的电。下面试求不平衡电桥输出的电压值压值 设桥臂比设桥臂比 ,由于由于 可忽略，并由起始平衡可忽略，并由起始平衡条件条件 从而可以近似得到从而可以近似得到电桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为:第26页，共46页，编辑于2022年，星期一每课一新传感器介绍每课一新传感器介绍美研制美研制“武士武士”传感器传感器美国陆军正在研制一种可嵌入未来美国陆军正在研制一种可嵌入未来“武士武士”军服内的军服内的传感器系统，指挥官和医护人员可通过这个系统监测传感器系统，指挥官和医护人员可通过这个系统监测“武士武士”们的生理状态。该项研究将产生下一代战斗军服，们的生理状态。该项研究将产生下一代战斗军服，内嵌
23、有可配置的微型无线传感器群。目前的试验传感内嵌有可配置的微型无线传感器群。目前的试验传感器可监测心跳、步行（行军）的代谢能量消耗、内层器可监测心跳、步行（行军）的代谢能量消耗、内层皮肤温度以及灵敏或迟钝情况。未来的传感器将把数皮肤温度以及灵敏或迟钝情况。未来的传感器将把数据传送到一个中央集线器设备，该设备做成呼机大小，据传送到一个中央集线器设备，该设备做成呼机大小，佩带在士兵皮带上，形成一个低功率的无线个人局域佩带在士兵皮带上，形成一个低功率的无线个人局域网。传感器的数据提供关于士兵体力消耗、生理压力网。传感器的数据提供关于士兵体力消耗、生理压力和警觉程度等的信息。和警觉程度等的信息。第27页
24、，共46页，编辑于2022年，星期一1、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E，供供桥桥电电压压E愈愈高高、电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度愈愈高高、但但是是供供桥桥电电压压E的的提提高高，受受到到应应变变片片允允许许功耗的限制，所以一般供桥电压功耗的限制，所以一般供桥电压E应适当选择。应适当选择。2、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，因因此此必必须须恰恰当当地地选选样样桥桥臂臂比比n的的值值。保保证证电电桥桥具具有有较较高高的的电电压压灵灵敏敏度度。下下面面分分析当供桥电压析当供桥电压E确定后，确定后，n应取何值电桥电压灵敏度才最
25、高。应取何值电桥电压灵敏度才最高。三、提高电桥电压灵敏度的措施：三、提高电桥电压灵敏度的措施：第28页，共46页，编辑于2022年，星期一由由来来求求的的最最大大值值，由由此此得得求求得得n=1时时，为为最最大大。这这就就是是说说，在在供供桥桥电电压压确确定定后后，R1=R2，R3=R4时时，电电桥桥的的电电压压灵灵敏敏度度最最高高。由由上上面面式式子子可可知知，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值，且与各桥臂阻值大小无关。定值，且与各桥臂阻值大小无关。四、非线性误差：四、非线性误差：在上面分析中，都是假定
26、应变片的参数变化很小，在上面分析中，都是假定应变片的参数变化很小，而且可忽略掉，这是一种理想情况。而且可忽略掉，这是一种理想情况。第29页，共46页，编辑于2022年，星期一实际情况是要考虑应变电阻微小的变化按下面的公实际情况是要考虑应变电阻微小的变化按下面的公式计算式计算：上式的输出电压上式的输出电压 与与 的关系是非线性的。实际的的关系是非线性的。实际的非线非线性特性曲线性特性曲线与与理想的线性曲线理想的线性曲线的偏差称为的偏差称为绝对非线性误差。绝对非线性误差。第30页，共46页，编辑于2022年，星期一下面计算非线性误差。经过计算非线性误差：下面计算非线性误差。经过计算非线性误差：下面
27、我们通过讨论来看看非线性误差的影响：下面我们通过讨论来看看非线性误差的影响：（1）当灵敏系数较小时：）当灵敏系数较小时：对于一般的应变片所受应变对于一般的应变片所受应变 通常在通常在5000以下，若取以下，若取灵敏系数为灵敏系数为2，则：则：则相对非线性误差为：则相对非线性误差为：第31页，共46页，编辑于2022年，星期一（2）但当灵敏系数较大时，电阻相对变化较大的情况但当灵敏系数较大时，电阻相对变化较大的情况：例如半导体应变片，例如半导体应变片，为为130，当承受应变为，当承受应变为1000时，时，代入代入：得到非线性误差达到得到非线性误差达到6%，所以对半导体应变片的测量电，所以对半导体
28、应变片的测量电路要作特殊处理，才能减小非线性误差。路要作特殊处理，才能减小非线性误差。第32页，共46页，编辑于2022年，星期一五、减小或消除非线性误差的方法有如下几种：五、减小或消除非线性误差的方法有如下几种：（1）提高桥臂比提高桥臂比：从式中我们可以看出当从式中我们可以看出当提高时，可以减小非线性误提高时，可以减小非线性误差。但差。但从电压灵敏度考虑从电压灵敏度考虑电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度将将降降低低，这这是是一一种种矛矛盾盾。因因此此，为为了了达达到到既既减减小小非非线线性性误误差差，又又不不降降低低其其灵灵敏敏度度，必必须须适适当提高供桥电压当提高供桥电压E。第33页，共46页，
29、编辑于2022年，星期一(2)(2)采用差动电桥：采用差动电桥：根据被测试件的受力情况，根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉若使一个应变片受拉，一个一个受压，受压，则应变符号相反；测试时将两个应变片接入电桥的相则应变符号相反；测试时将两个应变片接入电桥的相邻臂上、如图邻臂上、如图25所示称为所示称为半桥差动电路。半桥差动电路。图图2-5第34页，共46页，编辑于2022年，星期一该电桥输出电压该电桥输出电压：若若则得则得由此可知由此可知，与与成线性关系，不存在线性误差。成线性关系，不存在线性误差。而而且且电电压压灵灵敏敏度度为为，比比使使用用一一只只应应变变片片提提高高了了一一倍倍，同时
30、可以起到温度补偿的作用。同时可以起到温度补偿的作用。同同样样根根据据被被测测试试件件的的受受力力情情况况，若若使使两两个个应应变变片片受受拉拉，两两个个受受压压，则则应应变变符符号号相相反反；测测试试时时将将四四个个应应变变片片接接入入电桥的相邻臂上、如图电桥的相邻臂上、如图26所示称为所示称为全桥差动电路全桥差动电路。第35页，共46页，编辑于2022年，星期一同同样样可可以以推推出出，由由此此可可知知，比比用用单单片片提提高高了了四四倍，比半桥差动电路提高了一倍。倍，比半桥差动电路提高了一倍。图图2-6全桥差动全桥差动电路电路第36页，共46页，编辑于2022年，星期一（3）采用高内阻的恒
31、流源电桥：采用高内阻的恒流源电桥：通通过过电电桥桥各各臂臂的的电电流流如如果果不不恒恒定定，也也是是产产生生非非线线性性误误差差的的重重要要原原因因。所所以以供供给给半半导导体体应应变变电电桥桥的的电电源源一一般采用恒流源，如图般采用恒流源，如图27所示所示。图图2-7第37页，共46页，编辑于2022年，星期一 供桥电流为供桥电流为I通过各臂的电流为通过各臂的电流为 和和若测量电路输入阻抗较高，则：若测量电路输入阻抗较高，则：解该方程组得：解该方程组得：输出电压为：输出电压为：若若电电桥桥初初始始处处于于平平衡衡状状态态（R1R4=R3R2），而而且且R1=R2=R3=R4，当当第第一一桥桥
32、臂臂电电阻阻R1变变化化时时，电电桥桥输输出出电电压压为为：由式可知，分母中的由式可知，分母中的被被4R除除，比比前前面面的的单单臂臂供供压压电电桥桥的的非非线线性性误误差差减减少少了了50%。第38页，共46页，编辑于2022年，星期一4、电阻式传感器的应用电阻式传感器的应用本本章章前前三三节节介介绍绍了了电电阻阻式式传传感感器器的的分分类类、结结构构、工工作作原理以及测量电路。原理以及测量电路。在在测测量量试试件件应应变变时时，只只要要直直接接将将应应变变片片粘粘贴贴在在试试件件上上，即即可可用用测测量量仪仪表表(例例如如电电阻阻应应变变仪仪)测测量量；然然而而测测量量如如力力、加加速速度
33、度等等就就需需要要辅辅助助构构件件(例例如如弹弹性性元元件件、补补偿偿元元件件等等)。首首先先将将这这些些物物理理量量转转换换成成应应变变，然然后后再再用用应应变变片片进进行行测测量量。由由于于实实际际使使用用的的传传感感器器形形式式很很多多。这这里里不不可可能能一一一介绍一介绍下下面面只只能能以以电电位位计计式式加加速速度度计计和和应应变变电电阻阻式式电电子子秤秤为为例例加加以以说明。说明。第39页，共46页，编辑于2022年，星期一l l电位计式加速度计电位计式加速度计图图2-8第40页，共46页，编辑于2022年，星期一应变电阻式电子秤应变电阻式电子秤下面介绍用电阻应变片的电子秤结构、工
34、作原理相有关电路。下面介绍用电阻应变片的电子秤结构、工作原理相有关电路。感感器器弹弹性性体体为为双双弯弯曲曲梁梁，四四片片应应变变片片分分别别粘粘贴贴在在梁梁的的上上、下下两两表表面面上上组组成成全全桥桥电电路路如如图图29所所示示。当当载载荷荷W作作用用时时，R1，R4受受拉拉伸伸，阻阻值值增增加加；R2、R3受受压压缩缩，阻阻值值减减小小，电电桥桥失失去去平平衡衡，产产生生电电压压输输出出，且且与与W成成正正比比，即即：当当其其他他条条件件不不变变时时与与W成成正正比比（由由于于涉涉及及材材料料力力学学的的知知识识这这里里不不详细论述为什么？）。详细论述为什么？）。第41页，共46页，编辑
35、于2022年，星期一图图2-9电子称传感器布置图电子称传感器布置图第42页，共46页，编辑于2022年，星期一为为了了提提高高测测量量精精度度，传传感感器器可可采采用用种种种种补补偿偿措措施施消除有关误差。例如图消除有关误差。例如图2-10是一种调零电路。是一种调零电路。电电桥桥2(补补偿偿电电桥桥)串串接接在在应应变变片片传传感感器器的的输输出出和和测测量量电电路路之之间间通通过过调调节节补补偿偿电电桥桥中中的的电电位位器器。改改变变其其输输出出电电压压，用用来来抵抵消消传传感感器器的的零零点点偏偏移移输输出出电电压压，因因此此调调节节W可可使使传传感感器器在在空空载载时时输输出出电电压压为为零零。下下图图为为采采用用单单片片机机为为核核心心的的电电子子称称的的电路结构图。电路结构图。第43页，共46页，编辑于2022年，星期一第44页，共46页，编辑于2022年，星期一应变式传感器实物图应变式传感器实物图 应变式压力传感器应变式压力传感器第45页，共46页，编辑于2022年，星期一应变式力传感器应变式力传感器 第46页，共46页，编辑于2022年，星期一