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1、第3章应变式传感器1现在学习的是第1页，共64页式中，式中，dR/R：电阻的相对变化；电阻的相对变化；电阻率的相对变化。电阻率的相对变化。dl/l：长度的相对变化，定义为长度的相对变化，定义为轴向应变轴向应变 ；dA/A：面积的相对变化；面积的相对变化；径向应变：径向应变：轴向应变和径向应变满足泊松关系：轴向应变和径向应变满足泊松关系：泊松比泊松比,负号负号表方向相反表方向相反2现在学习的是第2页，共64页2.灵敏系数灵敏系数:单位应变所引起的电阻相对变化。单位应变所引起的电阻相对变化。几何尺寸引起几何尺寸引起压阻效应引起压阻效应引起压阻效应：压阻效应：压力作用下的电阻率变化。压力作用下的电阻
2、率变化。(1)金属材料：金属材料：应力应力(2)半导体材料：半导体材料：压阻系数压阻系数弹性模量弹性模量3现在学习的是第3页，共64页4.应变式传感器的基本原理应变式传感器的基本原理(3)金属材料和半导体材料灵敏系数的比较金属材料和半导体材料灵敏系数的比较金属材料：金属材料：半导体材料：半导体材料：金属：金属：半导体灵敏系数比金属高得多；半导体灵敏系数比金属高得多；半导体：半导体：半导体温度系数大，非线性比较严重。半导体温度系数大，非线性比较严重。基本原理：基本原理：测出测出dR/R，就可以测出，就可以测出。4现在学习的是第4页，共64页3.2 应变片的种类、材料及粘贴应变片的种类、材料及粘贴
3、3.2.1 金属应变片的种类和结构金属应变片的种类和结构1.结构结构(1)敏感栅敏感栅(核心部分核心部分)产生应变效应的电阻丝产生应变效应的电阻丝 这种形状可以提高输出量这种形状可以提高输出量R。(2)引线：引线：连接测量电路连接测量电路对引线的要求：对引线的要求：电阻率低，易于焊接。电阻率低，易于焊接。(3)基片和覆盖层基片和覆盖层作用：作用：固定、绝缘和保护作用；固定、绝缘和保护作用；基片还具有传递应变给敏感栅的作用。基片还具有传递应变给敏感栅的作用。5现在学习的是第5页，共64页图图3-3 常用应变片形式常用应变片形式丝式丝式(a、b)箔式箔式(c、d、e、f)2.种类：种类：丝式和箔式
4、电阻应变片丝式和箔式电阻应变片 箔式的优点：箔式的优点：表面积和截面积之比大，表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状，可制成各种所需的形状，便于批量生产。便于批量生产。6现在学习的是第6页，共64页3.2.2 金属电阻应变片的材料金属电阻应变片的材料1.对电阻丝材料的要求对电阻丝材料的要求 灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变
5、化也会改变其阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；与铜线的焊接性能好，与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；与其它金属的接触电势小；机械强度高，机械强度高，具有优良的机械加工性能。具有优良的机械加工性能。7现在学习的是第7页，共64页康铜是目前康铜是目前应用最广泛应用最广泛的材料。的材料。表表3-1 常用金属电阻丝材料的性能常用金属电阻丝材料的性能 8现在学习的是第8页，共64页3.2.3 金属电阻应变片的粘贴金属电阻应变片的粘贴(略略)9现在学习的是第9页，共64页3.3 应变片的特性应变片的特性 一一.应变片、弹性敏感元件和试件应变片、弹性敏感元件和试件1.应变片的
6、应用应变片的应用(1)直接应用：直接应用：应变片粘在被测物体应变片粘在被测物体(试件试件)直接测量应变。直接测量应变。(2)间接应用：间接应用：利用利用应变式传感器应变式传感器测力、加速度。测力、加速度。由应变片、弹性敏感元件组成，参见由应变片、弹性敏感元件组成，参见3.5节节例：例：2.3个概念个概念(1)应变片：应变片：把把dR，直接、间接应用中都要用到。，直接、间接应用中都要用到。(2)弹性敏感元件：弹性敏感元件：把把F(或或a)，只间接应用中用到。，只间接应用中用到。(3)试件：试件：被测物体。被测物体。10现在学习的是第10页，共64页二二.弹性敏感元件的特性弹性敏感元件的特性1.刚
7、度：刚度：表示元件刚性的量表示元件刚性的量2.灵敏度灵敏度S C越大，在相同越大，在相同dx下，所需下，所需dF越越大，元件就越坚硬。大，元件就越坚硬。C越大，在相同越大，在相同dF作用下，产生的作用下，产生的dx(应变应变)越大，应变引起的越大，应变引起的应变片电阻变化就大，应变式传感器就越灵敏。应变片电阻变化就大，应变式传感器就越灵敏。11现在学习的是第11页，共64页1.静态特性静态特性三三.应变片的特性应变片的特性(1)灵敏系数灵敏系数应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数设试件轴向应变为设试件轴向应变为，敏感栅电阻相对变化为，敏感栅电阻相对变化为dR/R。它们应该是正比的：它们应该是正比的
8、：定义：定义：应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数由于由于和和t不同，使得不同，使得K和和K0不同。不同。(a)应变从试件向敏感栅传递过程，由于应变从试件向敏感栅传递过程，由于基层和粘贴层的阻碍作用基层和粘贴层的阻碍作用，使，使得得 t，故，故Kt，故，故KK0。由由(3-8)式知，敏感栅式知，敏感栅(电阻丝电阻丝)满足：满足：这里的这里的K0和和t 相当于相当于(3-8)的的K和和敏感栅的灵敏系数敏感栅的灵敏系数12现在学习的是第12页，共64页(2)横向效应横向效应敏感栅由敏感栅由2部分组成。部分组成。直线部分：直线部分：轴向应变为轴向应变为拉伸应变拉伸应变x。半圆部分：半圆部分：轴向应变为轴
9、向应变为。应变可以按应变可以按F和垂直和垂直F方向分解为方向分解为纵向应变纵向应变x和横向应变和横向应变y；也可以按半圆切向和径向分解为；也可以按半圆切向和径向分解为切向应变切向应变和径向应变和径向应变r此时此时 在在+x到到-x间间变化。变化。由材料力学公式求得：由材料力学公式求得：横向效应：横向效应：在半圆部分，由于存在横向应变在半圆部分，由于存在横向应变y，使得整个敏感栅的，使得整个敏感栅的应变减小，从而使敏感系数减小的的现象。应变减小，从而使敏感系数减小的的现象。为了减小横向效应，一般采用箔式应变片。为了减小横向效应，一般采用箔式应变片。13现在学习的是第13页，共64页2.应变片电阻
10、、绝缘电阻和最大工作电流应变片电阻、绝缘电阻和最大工作电流(既静态又动态既静态又动态)(2)绝缘电阻：绝缘电阻：引线与试件间的电阻值引线与试件间的电阻值。绝缘电阻小绝缘电阻小试件有漏电流试件有漏电流引线电流小引线电流小灵敏度降低灵敏度降低绝缘电阻越大越好绝缘电阻越大越好(3)最大工作电流最大工作电流Imax：传感器正常工作允许通过敏感栅的最大电流。传感器正常工作允许通过敏感栅的最大电流。(1)应变片电阻值应变片电阻值(初始电阻值初始电阻值)：没粘贴、未受应变，室温下。没粘贴、未受应变，室温下。常用值：常用值：60、120、250、350和和1000，其中，其中120最常用。最常用。14现在学习
11、的是第14页，共64页3.动态特性动态特性(不要求不要求)15现在学习的是第15页，共64页三三.应变片的温度误差及补偿应变片的温度误差及补偿1.产生原因：产生原因：温度误差：温度误差：由于温度变化而给测量带来的附加误差由于温度变化而给测量带来的附加误差。温度误差和正常测量结果是在同一数量级的。温度误差和正常测量结果是在同一数量级的。(1)自身因素：自身因素：温度变化引起应变电阻温度变化引起应变电阻本身长度、电阻率本身长度、电阻率的变化。的变化。Rt=R0（1+0t）电阻变化：电阻变化：Rt=Rt-R0=R00t电阻相对变化量：电阻相对变化量：Rt/R0=0t这这2个因素都由个因素都由0来描述
12、来描述16现在学习的是第16页，共64页(2)外界因素：外界因素：试件的长度试件的长度随温度变化而变化。随温度变化而变化。设设ls、lg分别是电阻丝和试件的长度分别是电阻丝和试件的长度t=t0+t时时，ls=l0（1+st），lg=l0（1+gt）t=t0时，时，ls=lg=l0s,g分别是电阻丝和试件的线膨胀系数分别是电阻丝和试件的线膨胀系数附加形变：附加形变：l=lg-ls=（g-s）l0t 附加应变附加应变:=l/l0=（g-s）t 附加电阻相对变化：附加电阻相对变化：R/R0=K0=K0(g-s)t17现在学习的是第17页，共64页(3)总的温度误差总的温度误差总电阻相对变化量：总电阻
13、相对变化量：对应的应变量（虚假应变量）：对应的应变量（虚假应变量）：外界因素引起的电阻相对变化：外界因素引起的电阻相对变化：R/R0=K0(g-s)t自身因素引起的电阻相对变化：自身因素引起的电阻相对变化：Rt/R0=0t18现在学习的是第18页，共64页2.温度误差补偿温度误差补偿(1)线路补偿线路补偿电路介绍（如右）电路介绍（如右）对电路的要求：对电路的要求：(a)两应变片两应变片R1和和RB完全一样完全一样.（形状（形状:R10=RB0=R0,材料材料:1=B=0,s1=s2=s,K1=K2=K)(b)补偿块和试件的材料一样。补偿块和试件的材料一样。（g1=g2=g)(c)两应变片处于同
14、一温度场中。两应变片处于同一温度场中。Rt1=RtB(d)R3=R419现在学习的是第19页，共64页输出电压输出电压说明说明:(a)当当R1和和RB变化较小时，变化较小时，A可看成常数。可看成常数。(b)当当R1和和RB变化较大时，变化较大时，A可看成常数会带来非线性误差（参见可看成常数会带来非线性误差（参见3.4节）。节）。20现在学习的是第20页，共64页补偿电路的工作原理补偿电路的工作原理(a)试件无应变试件无应变t=t0时时,令令R1=RB=R3=R4=R0,则则 Uo=A（R1R4-RBR3）=0t=t0+t时时,Rt1=RtB=Rt，R1=RB=R0+Rt，则，则 Uo=0(b)
15、试件存在应变试件存在应变 R1存在电阻变化：存在电阻变化：R1=KR0 t=t0时时,RB=R3=R4=R0，R1=R0+R1=R0+KR0 则则 Uo=AR02K t=t0+t时时,R1=R0+KR0+Rt，RB=R0+Rt,则则 Uo=AR02K 结论：结论：经过线路补偿，输出只与经过线路补偿，输出只与成正比，而与成正比，而与t无关。无关。21现在学习的是第21页，共64页(2)自补偿自补偿单丝补偿：单丝补偿：应变片只有一根电阻丝的自补偿应变片只有一根电阻丝的自补偿令令Rt=0，则，则0=-K0（g-s）由上式知由上式知,单丝补偿就是：单丝补偿就是：对于确定的试件（对于确定的试件（g一定）
16、一定）,我们需要找到合适的应变电阻丝材料我们需要找到合适的应变电阻丝材料(0,K0,s)满足上式满足上式,则总误差为则总误差为0。单丝补偿的单丝补偿的缺点：缺点：(a)要选择合适的材料要选择合适的材料,使得其参数满足上式使得其参数满足上式,是很困难的是很困难的(b)一种材料的单丝补偿只适用于一种材料的试件。一种材料的单丝补偿只适用于一种材料的试件。(3-27)式式22现在学习的是第22页，共64页双丝补偿：双丝补偿：应变片内有两种电阻丝的自补偿（如图）应变片内有两种电阻丝的自补偿（如图）由（由（3-27），得），得无温度误差，则无温度误差，则(a)两电阻丝的电阻温度效应必须相反。两电阻丝的电阻
17、温度效应必须相反。(b)在满足在满足(a)的条件下，的条件下，1和和2的材料可以不限制，这时只需选择的材料可以不限制，这时只需选择1和和2合适合适的长度满足上式就可以了。的长度满足上式就可以了。(c)当试件材料变化时，只需要调整当试件材料变化时，只需要调整1和和2的长度。的长度。23现在学习的是第23页，共64页3.4 测量电路测量电路一一.测量电路的作用、组成及分类测量电路的作用、组成及分类1.作用作用 (1)转化功能：转化功能：把电阻的变化转化成电压或电流的变化。把电阻的变化转化成电压或电流的变化。(2)放大功能：放大功能：机械应变一般很小，对应的电阻变化也很小，机械应变一般很小，对应的电
18、阻变化也很小，就需要放就需要放大。大。2.组成组成(1)转化功能对应转化功能对应转化电路，转化电路，由电桥电路实现。由电桥电路实现。(2)放大功能对应放大功能对应放大电路，放大电路，由集成运放实现。由集成运放实现。本节只讨论转化电路。本节只讨论转化电路。3.电桥电路的分类电桥电路的分类根据电源的不同可分为：根据电源的不同可分为：直流电桥和交流电桥。直流电桥和交流电桥。24现在学习的是第24页，共64页二二.直流电桥直流电桥电桥介绍（略）电桥介绍（略）1.电桥分类电桥分类单臂电桥单臂电桥：一个应变电阻，：一个应变电阻，3个固定电阻个固定电阻双臂电桥（半桥电路）：双臂电桥（半桥电路）：2个应变电阻
19、，个应变电阻，2个固定电阻个固定电阻四臂电桥（全桥电路）：四臂电桥（全桥电路）：4个应变电阻个应变电阻25现在学习的是第25页，共64页2.电桥平衡条件电桥平衡条件一般有：一般有：RL于是于是当电桥平衡时当电桥平衡时,Uo=0,则有则有 R1R4=R2R3 即即n:桥臂比桥臂比平衡条件平衡条件26现在学习的是第26页，共64页3.单臂电桥单臂电桥 (1)工作原理工作原理 令令R1是应变电阻是应变电阻,受到应变时，其电受到应变时，其电阻变化阻变化R1。对于对于小应变，小应变，R1R1,有有27现在学习的是第27页，共64页结论：结论：当应变当应变较小时较小时(R1R1)，输出电压，输出电压U0与
20、与应变电阻相对变化应变电阻相对变化R1/R1正比，从而正比，从而与与成正比成正比。28现在学习的是第28页，共64页(2)电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度KU取决于取决于E和和n两个参数：两个参数：E越大，越大，KU越大。越大。E太大，应变片就会发热，引起温漂甚至烧毁。太大，应变片就会发热，引起温漂甚至烧毁。n0，KU=0，n，KU=0。故故n在在0变化时，变化时，KU必存在最大值。必存在最大值。灵敏度取最大值灵敏度取最大值KU=E/4,n=1 (即即R1=R2=R3=R4)29现在学习的是第29页，共64页4.非线性误差非线性误差输出的实际值输出的实际值由（由（3-36）给出：）给出：理想状况下
21、理想状况下(R1E/4,故提高了灵敏度；故提高了灵敏度；(c)能进行温度补偿。能进行温度补偿。33现在学习的是第33页，共64页全桥电路全桥电路(a)R1R4是相同的应变电阻是相同的应变电阻(b)同一应变施加在同一应变施加在R1R4(d)(c)R1，R4是拉应变是拉应变R2，R3是压应变是压应变34现在学习的是第34页，共64页全桥电路的全桥电路的优点：优点：(a)消除了非线性误差；消除了非线性误差；(b)灵敏度灵敏度KU=E,进一步提高了灵敏度；进一步提高了灵敏度；(c)能进行温度补偿。能进行温度补偿。35现在学习的是第35页，共64页三三.交流电桥交流电桥 R1,R2,R3,R4用复阻抗用
22、复阻抗Z1,Z2,Z3,Z4代替；电压代替；电压也用复电压也用复电压 表示。表示。输出电压为输出电压为1.平衡条件平衡条件平衡条件平衡条件36现在学习的是第36页，共64页2.半桥电路半桥电路Z3,Z4是精密电阻是精密电阻,分布电容很小分布电容很小 故故 Z3=R3,Z4=R4当当较高时：较高时：Z1,Z2可看成纯电阻和分布电容的并联。可看成纯电阻和分布电容的并联。Z1,Z2是应变片的阻抗。是应变片的阻抗。当电源频率当电源频率较低时：较低时：Z1=R1,Z2=R2纯电阻。纯电阻。37现在学习的是第37页，共64页（1）平衡条件）平衡条件将将Z1,Z2,Z3,Z4代入代入 ，有，有较高：较高：较
23、低：较低：R1R4=R2R3 可见，在可见，在较高较高时，除了要满足电阻平衡外，还要满足时，除了要满足电阻平衡外，还要满足电容平衡。电容平衡。38现在学习的是第38页，共64页图图3-12 交流电桥平衡调节交流电桥平衡调节(a)(b)图中中较低，只低，只调节电阻平衡。阻平衡。(c)适用于高适用于高频，此，此时电阻平衡阻平衡条件在制造条件在制造时已已满足，只足，只调节电容平衡。容平衡。(d)适用于高适用于高频，电阻阻电容都需要容都需要调节39现在学习的是第39页，共64页（2）输出电压）输出电压(b)同一应变施加在同一应变施加在R1和和R2上，上，(d)(c)一是拉应变一是压应变。一是拉应变一是
24、压应变。(a)应变片应变片1和和2相同相同结论：结论：输出电压与应变片的阻抗的相对变化成正比。输出电压与应变片的阻抗的相对变化成正比。40现在学习的是第40页，共64页交流半桥电路的交流半桥电路的优点：优点：(a)无非线性误差；无非线性误差；(b)能进行温度补偿。能进行温度补偿。41现在学习的是第41页，共64页3.5 应变仪和应变式传感器应变仪和应变式传感器 应变仪：应变仪：由应变片，测量电路和显示记录装置组成。测量对由应变片，测量电路和显示记录装置组成。测量对象是应变。象是应变。应变式传感器：应变式传感器：由弹性元件，应变片和附件组成。测量对象是由弹性元件，应变片和附件组成。测量对象是加速
25、度和力。加速度和力。一一.应变仪应变仪(补充内容，不要求补充内容，不要求)42现在学习的是第42页，共64页(1)应变片应变片(2)半桥交流电路半桥交流电路设设u=umcost t(=10 0),则则u u0 0=0=0.5 5umcostK=0.5umKcost控制幅度的调幅信号控制幅度的调幅信号43现在学习的是第43页，共64页 (3)放大器放大器:电桥输出的调幅信号幅度大小为几十电桥输出的调幅信号幅度大小为几十V几几mV,故要求放大故要求放大器放大倍数在器放大倍数在103105倍。倍。(4)稳压电源稳压电源:为放大器和振荡器提供电源。为放大器和振荡器提供电源。(5)载波振荡器载波振荡器:
26、产生较高频率的载波产生较高频率的载波(=10 0)载波作用：载波作用：电桥电源电桥电源，检波器的比较电源。检波器的比较电源。44现在学习的是第44页，共64页(6)相敏检波器和滤波器相敏检波器和滤波器同步检波器同步检波器作用：作用：从调幅波中解调出与应变同样波形的信号从调幅波中解调出与应变同样波形的信号 (工作原理参见工作原理参见4.3节节)(7)记录显示器：记录显示器：显示或记录结果显示或记录结果45现在学习的是第45页，共64页46现在学习的是第46页，共64页二二.应变式传感器应变式传感器 组成：组成：主要是由弹性元件和应变片组成，这里只讨论弹性主要是由弹性元件和应变片组成，这里只讨论弹
27、性元件。元件。分类：分类：根据弹性元件测量对象不同，可分成：根据弹性元件测量对象不同，可分成：力传感器：力传感器：测量对象是一般的力；测量对象是一般的力；压力传感器：压力传感器：测量对象是流体的压强；测量对象是流体的压强；加速度传感器：加速度传感器：测量对象是加速度。测量对象是加速度。47现在学习的是第47页，共64页1.应变式力传感器应变式力传感器(1)测量对象：测量对象：力和载荷力和载荷 分类：分类：柱式，环式，梁式，轮辐式柱式，环式，梁式，轮辐式(2)柱式力传感器柱式力传感器（F沿轴向）沿轴向）F与与的关系的关系 应力应力=F/A 又又 =E，E：指弹性元件弹性模量：指弹性元件弹性模量
28、所以所以 轴向应变轴向应变:=/E=F/(EA)F 径向应变径向应变:r=-=-F/(EA)F(a)应变与外力应变与外力F成正比。成正比。(b)轴向应变的灵敏系数：轴向应变的灵敏系数：K=/F=1/(EA)48现在学习的是第48页，共64页 灵敏系数：灵敏系数：K=1/(EA)49现在学习的是第49页，共64页应变片的粘贴应变片的粘贴如图粘在柱面上，如图粘在柱面上，R1R4是轴向粘贴，是轴向粘贴，R5R8是径向粘贴。是径向粘贴。(a)8个应变片相同，个应变片相同，R10=R80=R0(b)在外力作用下，在外力作用下，R1R4在轴向受到相同的应变，故在轴向受到相同的应变，故 R1=R2=R3=R
29、4=R0+R,R5R8在径向受到相同的应变在径向受到相同的应变,故故 R5=R6=R7=R8=R0+R,R5=R6=R7=R8=R0-R,严格说，是沿圆周方向严格说，是沿圆周方向(C=2r c=C/C=r/r=r)50现在学习的是第50页，共64页R1=R2=R3=R4=R0+R,R5=R6=R7=R8=R0-R,前面已算出在外力作用下前面已算出在外力作用下,各应变片的电阻变化为各应变片的电阻变化为:R1R8是在电桥中的是在电桥中的连接如左图。连接如左图。电桥输出电压与电阻相对变化成正比。电桥输出电压与电阻相对变化成正比。51现在学习的是第51页，共64页所以所以结论结论:当当R5),有有A处
30、处:受到压应变受到压应变,且有且有AB间间:应变应变在在A B之间变化（参见之间变化（参见右图）右图）由图知由图知,在在=39.5=39.5的的C点点,C=0表达式：表达式：(2)环式力传感器环式力传感器（F沿径向，设为压环）沿径向，设为压环）53现在学习的是第53页，共64页(b)外表面外表面可见，可见，相等处，内外表面应力大变相等但反号。相等处，内外表面应力大变相等但反号。(a)单臂电桥单臂电桥R1:A处内环处内环(或者外环或者外环,或者或者D处内环外环也可以）处内环外环也可以）R2:C处处,C=0(用作温度补偿）用作温度补偿）应变片的粘贴应变片的粘贴（R1、R2、R3、R4的含义可参见的
31、含义可参见3.4.1节的图）节的图）54现在学习的是第54页，共64页(b)双臂电桥双臂电桥R1、R2:A处内外环处内外环(c)四臂电桥四臂电桥R1、R2:A处内外环，处内外环，R4、R3:D处内外环，处内外环，55现在学习的是第55页，共64页2.应变式压力传感器应变式压力传感器(1)测量对象：测量对象：流体压强流体压强p分类：分类：圆筒式，圆筒式，膜片式膜片式 (2)膜片式传感器膜片式传感器 结构如右图。结构如右图。当膜片下方对上方有一压强当膜片下方对上方有一压强p时时,则膜片会则膜片会向上产生应变向上产生应变,它可以分解成它可以分解成r,t。设到圆心的距离为设到圆心的距离为x处有一点处有
32、一点P,则则P点的点的r，t为为说明说明:如上面不为真空如上面不为真空,而为而为p0,下下面压强为面压强为p1,则则p=p1-p056现在学习的是第56页，共64页作出作出r-x,t-x图如上，由图知：图如上，由图知：(a)t 0,故故切向应变切向应变只有拉应变。只有拉应变。在在x=0处处(圆心圆心)取取最大值最大值,在在x=R处处(圆的边缘圆的边缘)取取最小值最小值0。(b)r可正可负可正可负,故故径向应变径向应变既有拉应变，又有压应变。既有拉应变，又有压应变。拉应变：拉应变：最大值在最大值在x=0处处(圆心圆心)取最大值取最大值(大小和位置和大小和位置和t 一样一样)压应变：压应变：在在x
33、=R处取负的最大值。处取负的最大值。在在x=0和和x=R之间某个位置之间某个位置,取最小值取最小值0。57现在学习的是第57页，共64页结合图像和公式，可得到：结合图像和公式，可得到：(a)x=0处处(膜片中心膜片中心),(b)x=R处处(膜片边缘膜片边缘),(c)58现在学习的是第58页，共64页应变片的粘贴（全桥电路）应变片的粘贴（全桥电路）x=0处，切向贴应变片处，切向贴应变片1、4，有，有x=R处，径向贴应变片处，径向贴应变片2、3，有，有假设四个应变片相同，则假设四个应变片相同，则 R10=R20=R30=R40=R0于是于是 R1/R2=1/2=-0.5 R2=-2R1加加p后：后
34、：R1=R4=R0+R1,R2=R3=R0-2R159现在学习的是第59页，共64页(3)液体重量传感器液体重量传感器 实际上是膜片式传感器的一个应用（略）实际上是膜片式传感器的一个应用（略）R1=R4=R0+R1,R2=R3=R0-2R160现在学习的是第60页，共64页3.加速度传感器加速度传感器(1)组成：组成：悬梁悬梁1,质量块质量块2，应变片，应变片4(R1R4贴上面，贴上面，R2R3贴下面贴下面)(2)工作原理：工作原理：设设a向上向上2受到向下的惯性力受到向下的惯性力F=ma 梁向下弯曲，其应变梁向下弯曲，其应变Fa61现在学习的是第61页，共64页三三.应变式传感器优缺点及选择
35、应变式传感器优缺点及选择 1.优点优点 （1）测量范围广。测量范围广。（2）频率响应特性好。频率响应特性好。（3）结构简单，价格便宜。结构简单，价格便宜。2.缺点缺点 （1）大应变状态下，非线性误差较大。大应变状态下，非线性误差较大。（2）应变片输出信号较微弱，易于受干扰。应变片输出信号较微弱，易于受干扰。62现在学习的是第62页，共64页3.选择选择(不要求不要求)(1)应变片型号的命名规则应变片型号的命名规则 如一应变片标有：如一应变片标有：BZ120-3AA100(11)B应变片类型：应变片类型：B(箔式箔式)，S(丝绕式丝绕式)，D(短接式短接式)，T(特殊用特殊用途途)；Z基片材料：
36、基片材料：Z(纸纸)，H(环氧类环氧类)，J(聚酯类聚酯类)，F(酚醛类酚醛类)，A(聚聚酰亚胺酰亚胺)，B(玻璃纤维浸胶玻璃纤维浸胶)；120敏感栅电阻值敏感栅电阻值()：如如60、120、200、350;3应变计长度应变计长度(mm)：如如1、5、8、12、20、50mm;AA敏感栅结构：敏感栅结构：AA(单轴片单轴片)，BB(双栅垂直式双栅垂直式)，GB(半桥片半桥片)，FG(全桥片全桥片);100工作极限温度工作极限温度();11可进行温度自补偿的试件材料的可进行温度自补偿的试件材料的g(10-6/)：9(钛合金钛合金),11(不锈钢不锈钢),16(铜铜),23(铝铝),27(镁合金镁
37、合金)。63现在学习的是第63页，共64页(2)选择选择敏感栅和基片材料的选择敏感栅和基片材料的选择 取决于对工作温度范围取决于对工作温度范围,线性度线性度,灵敏度等要求。灵敏度等要求。应变片类型的选择：应变片类型的选择：工作电流大，用箔式；横向效应小，用短接式；工作电流大，用箔式；横向效应小，用短接式；水下测量，用特殊型的防水应变计。水下测量，用特殊型的防水应变计。敏感栅结构的选择敏感栅结构的选择:如测一个方向的应变，用如测一个方向的应变，用AA型；型；如测如测2个互相垂直的应变，用个互相垂直的应变，用BB型。型。尺寸小，尺寸小，优点：优点：容易测出某点的温度，容易测出某点的温度，动态特性好动态特性好缺点：缺点：横向效应大横向效应大 应变片尺寸的选择应变片尺寸的选择阻值高，阻值高，优点：优点：引线影响小些引线影响小些缺点：缺点：电阻丝细，与基片不易粘牢，不能测大应力电阻丝细，与基片不易粘牢，不能测大应力 敏感栅阻值的选择敏感栅阻值的选择64现在学习的是第64页，共64页