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1、第四章第四章 应变式传感器应变式传感器 应变式传感器是应用最广泛的传感器之一，应变式传感器是应用最广泛的传感器之一，将将电阻应变片电阻应变片粘贴到各种粘贴到各种敏感元件敏感元件上，可构成测上，可构成测量位移量位移、速度、加速度、力、力矩、压力等各、速度、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。种参数的电阻应变式传感器。应变式传感器具有结构简单，使用方便，性应变式传感器具有结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，易于实现测试过程自动化和多点能稳定、可靠，易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速同步测量、远距测量和遥测，灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量
2、，可以测量多种物理度快，适合静态、动态测量，可以测量多种物理量等优点，已广泛应用于诸如航空、机械、电力、量等优点，已广泛应用于诸如航空、机械、电力、化工、建筑等多个领域。化工、建筑等多个领域。n 应变式传感器由电阻应变片和测量电路两应变式传感器由电阻应变片和测量电路两部分组成，工作原理是基于部分组成，工作原理是基于电阻应变效应电阻应变效应。电。电阻应变片将被测试件上的应变变化转换成电压阻应变片将被测试件上的应变变化转换成电压或电流的变化，以便显示或记录被测非电量的或电流的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。大小。n4.1 金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应 若一金属导线长度为若一金属导线长
3、度为L，截面积为，截面积为S，电阻，电阻率为率为，则电阻阻值R为：若导线沿着轴线方向受到力的作用而发生变若导线沿着轴线方向受到力的作用而发生变形，则其电阻值也随之发生变化，这一效应称形，则其电阻值也随之发生变化，这一效应称为金属的电阻应变效应。为金属的电阻应变效应。将上式两边微分，得：将上式两边微分，得：对于半径为对于半径为r的圆形截面导线，由于的圆形截面导线，由于S=r2,则有有dS/S=2dr/r,称称为导线的径向的径向应变，用，用y表示。表示。导线长度的相度的相对变化量化量dL/L称称为导线为导线的的轴向向应变，简称称应变，可用，可用来表示来表示。n 当导线受到拉力时，将会在轴向伸长而在
4、当导线受到拉力时，将会在轴向伸长而在径向变细，由材料力学可知，轴向应变与径向径向变细，由材料力学可知，轴向应变与径向应变之间成正比关系，其比例系数为泊松比应变之间成正比关系，其比例系数为泊松比，即，即y=-，则 此即此即“电阻阻应变效效应”的表达式，的表达式，K0即即为电阻阻应变敏感材料的灵敏系数。敏感材料的灵敏系数。n单根导线的灵敏度系数单根导线的灵敏度系数K0的大小是由两个因素引的大小是由两个因素引起的。一是由导线几何尺寸的改变引起的，即起的。一是由导线几何尺寸的改变引起的，即（1+2）项；另一个是材料的因素（；另一个是材料的因素（导线受力受力后，其后，其电阻率阻率发生生变化）引起的，即化
5、）引起的，即 项。对金属材料而言，金属材料而言，K0的的值 主要决定于第一主要决定于第一项，对于半于半导体而言，体而言，KS的的值主主要决定于第二要决定于第二项。由由实验得知，在得知，在弹性性变形范形范围内，大多数金内，大多数金属材料的属材料的应变灵敏系数灵敏系数K0在在2.2左右。左右。4.2电阻应变片电阻应变片4.2.1 电阻应变片的结构和分类电阻应变片的结构和分类（P59）4.2.2 电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理 用应变片测量应变或应力时，首先将应变片用应变片测量应变或应力时，首先将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件表面上，当被测用粘合剂牢固地粘贴在被测试件表面上，当被测试件
6、受到外力作用时，将产生机械变形，应变片试件受到外力作用时，将产生机械变形，应变片的敏感栅也随之变形，同时，应变片电阻也发生的敏感栅也随之变形，同时，应变片电阻也发生相应的变化，测得应变片电阻变化量相应的变化，测得应变片电阻变化量R后，根后，根据据R/R=K 便便可得到被可得到被测试件的件的应变值。K是是应变片的灵敏系数。片的灵敏系数。n根据应变和应力的关系，若已知材料的弹性模量根据应变和应力的关系，若已知材料的弹性模量E（Kg/mm2)，又可得到应力值，又可得到应力值，即，即=E。由此可知，由此可知，应力正比于力正比于应变，而，而试件件应变又正比又正比于于电阻阻值的的变化量化量R，所以，所以应
7、力正比于力正比于电阻阻值的的变化。化。这就是利用就是利用应变片片测量量应变、应力的基力的基本原理，通本原理，通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、加速度、压力等物理量力等物理量转换成成应变，就可以用，就可以用应变片片测量上述各量，从而制成各种量上述各量，从而制成各种应变式式传感器。感器。4.2.3 电阻应变片的主要参数和工作特性电阻应变片的主要参数和工作特性1 电阻应变片的主要参数电阻应变片的主要参数（1）电阻值电阻值 应变片的电阻值是指应变片在安装应变片的电阻值是指应变片在安装前及室温下测定的电阻值，也称为初始电阻值。前及室温下测定的电阻值，也称为初始电阻
8、值。应变片的电阻值是一个系列，有应变片的电阻值是一个系列，有60、90、120、250、350、1000等，其中以等，其中以120和和350应用最广应用最广泛。电阻值越大，泛。电阻值越大，R=K R越大，越大，输出信号就越增大，从而敏感出信号就越增大，从而敏感栅尺寸也要随之增大。尺寸也要随之增大。（2）灵敏系数灵敏系数 将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面，将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面，使其灵敏轴线与应力方向平行，应变片电阻值的使其灵敏轴线与应力方向平行，应变片电阻值的相对变化与沿其轴向的应变之比值，称为应变片相对变化与沿其轴向的应变之比值，称为应变片的灵敏系数，即的灵敏系数，
9、即 应变片的灵敏系数是一个无量纲的量，它是应变片的灵敏系数是一个无量纲的量，它是应变片的重要技术参数，应变片的重要技术参数，K值的误差大小是衡量值的误差大小是衡量应变片质量好坏的主要依据之一，其准确性又直应变片质量好坏的主要依据之一，其准确性又直接影响着应变片的测量精度。接影响着应变片的测量精度。（3）绝缘电阻绝缘电阻 是指应变片引出线与粘贴该应变片的试件之是指应变片引出线与粘贴该应变片的试件之间的电阻值。它是检查应变片粘贴质量、粘合剂间的电阻值。它是检查应变片粘贴质量、粘合剂是否完全干燥或固化的重要指标。绝缘电阻越高是否完全干燥或固化的重要指标。绝缘电阻越高越好。越好。（4）零漂零漂 对于已
10、安装的应变片，在温度恒定和试件不受对于已安装的应变片，在温度恒定和试件不受应力作用的条件下，指示应变随时间的变化数值应力作用的条件下，指示应变随时间的变化数值通常简称为零漂。主要是由于绝缘电阻过低及通通常简称为零漂。主要是由于绝缘电阻过低及通过电流产生的热电势等所造成。过电流产生的热电势等所造成。（5）应变片的最大工作电流）应变片的最大工作电流(允许电流允许电流）当应变片接入电路通以电流时，若电流超过当应变片接入电路通以电流时，若电流超过某一规定值后，由于产生的热效应将使应变片温某一规定值后，由于产生的热效应将使应变片温度不断升高，严重地影响其工作特性，甚至烧坏度不断升高，严重地影响其工作特性
11、，甚至烧坏应变片敏感栅，因此需要规定允许通过应变片敏应变片敏感栅，因此需要规定允许通过应变片敏感栅而不影响其工作特性的最大电流值。这个电感栅而不影响其工作特性的最大电流值。这个电流值称为应变片的最大工作电流（流值称为应变片的最大工作电流（Imax）。它与）。它与应变片敏感栅的形状和尺寸、基底尺寸和材料、应变片敏感栅的形状和尺寸、基底尺寸和材料、粘合剂的材料及试件的热性能有关，一般由厂家粘合剂的材料及试件的热性能有关，一般由厂家提供。最大工作电流选取的依据是使应变片的零提供。最大工作电流选取的依据是使应变片的零漂不超过允许值。漂不超过允许值。（6）应变极限应变极限 是指在一定温度条件下，应变片指
12、示的应变是指在一定温度条件下，应变片指示的应变值与试件的真实应变值的相对差值不超过值与试件的真实应变值的相对差值不超过10%时时的最大真实应变值。影响应变极限大小的主要因的最大真实应变值。影响应变极限大小的主要因素是粘合剂和基底材料的性能。素是粘合剂和基底材料的性能。（7）疲劳寿命疲劳寿命 是指粘贴在试件表面上的应变片，在恒定幅是指粘贴在试件表面上的应变片，在恒定幅值的交变应力作用下，可以连续工作而不产生疲值的交变应力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数。该参数反映了应变片适应动劳损坏的循环次数。该参数反映了应变片适应动态应变的能力。态应变的能力。（8）机械滞后机械滞后 应变片安装在
13、试件上以后，在温度恒定时，增应变片安装在试件上以后，在温度恒定时，增加或减少机械应变过程中在同一机械应变量的作加或减少机械应变过程中在同一机械应变量的作用下指示应变的不一致程度，称为应变片的机械用下指示应变的不一致程度，称为应变片的机械滞后。产生机械滞后的原因主要是敏感栅、基底滞后。产生机械滞后的原因主要是敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形所和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形所造成的。为了减小滞后，除选用合适的粘合剂外，造成的。为了减小滞后，除选用合适的粘合剂外，最好在新安装应变片后，做三次以上的加卸载循最好在新安装应变片后，做三次以上的加卸载循环后再正式测量。环后再正
14、式测量。（9）蠕变蠕变 如果在一定温度下，使粘贴在试件上的应变如果在一定温度下，使粘贴在试件上的应变片承受恒定的机械应变，其阻值随时间变化的特片承受恒定的机械应变，其阻值随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。一般蠕变的方向与原应性，称为应变计的蠕变。一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。变量变化的方向相反。蠕变和零漂都是用来衡量应变片特性相对时蠕变和零漂都是用来衡量应变片特性相对时间的稳定性，在长时间测量中其意义更为突出。间的稳定性，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中已包含零漂，因为零漂是不加载实际上，蠕变中已包含零漂，因为零漂是不加载的情况，它是加载的特例。的情况，它是加载的特例。
15、2 横向效应横向效应及横向效应系数（及横向效应系数（H）应变片在感受被测试件的应变时，横向应应变片在感受被测试件的应变时，横向应变将使其电阻变化率减小，从而降低灵敏系数的变将使其电阻变化率减小，从而降低灵敏系数的现象称为应变片的横向效应。现象称为应变片的横向效应。应变片横向效应的大小用横向效应系数应变片横向效应的大小用横向效应系数H表表示。它的定义为：在同一单向应变作用下垂直于示。它的定义为：在同一单向应变作用下垂直于单向应变方向安装的应变片的指示应变与平行于单向应变方向安装的应变片的指示应变与平行于单向应变方向安装的同批应变片的指示应变之比，单向应变方向安装的同批应变片的指示应变之比，以百分
16、数表示。一般情况下，以百分数表示。一般情况下，H都小于都小于2%，高，高精度应变片的精度应变片的H值可达到值可达到0.2%左右。左右。3 温度效应温度效应及其补偿方法及其补偿方法 粘贴到试件上的应变片，由于环境温度变化粘贴到试件上的应变片，由于环境温度变化的影响，也将引起电阻的变化，这种现象称为应的影响，也将引起电阻的变化，这种现象称为应变片的温度效应。由温度变化引起的应变输出称变片的温度效应。由温度变化引起的应变输出称为热输出，它是虚假应变，在测量中须设法予以为热输出，它是虚假应变，在测量中须设法予以消除。消除。应变片产生热输出的原因主要有两个：一是应变片产生热输出的原因主要有两个：一是由于
17、敏感栅的电阻值将会随着温度的变化而改变；由于敏感栅的电阻值将会随着温度的变化而改变；二是由于敏感栅材料与试件材料的线膨胀系数不二是由于敏感栅材料与试件材料的线膨胀系数不同，使得应变片不能自由伸缩，只能跟随试件一同，使得应变片不能自由伸缩，只能跟随试件一起变形，从而使敏感栅产生一定的附加应变而造起变形，从而使敏感栅产生一定的附加应变而造成的。成的。n可以通过温度补偿消除热输出对应变测量的影响。可以通过温度补偿消除热输出对应变测量的影响。温度补偿方法通常有桥路补偿法、应变片自补偿温度补偿方法通常有桥路补偿法、应变片自补偿法和热敏电阻补偿法。法和热敏电阻补偿法。桥路补偿法桥路补偿法 这种方法的补偿原
18、理是用两个参数相同的应这种方法的补偿原理是用两个参数相同的应变片分别接入测量电桥的两个相邻桥臂，其中变片分别接入测量电桥的两个相邻桥臂，其中R1为工作应变片，为工作应变片，R2为补偿应变片。测量时，为补偿应变片。测量时，R1粘贴在试件上，粘贴在试件上，R2粘贴在和试件材料相同并粘贴在和试件材料相同并处于同一温度的补偿块上。工作过程中，补偿块处于同一温度的补偿块上。工作过程中，补偿块不感受应变。当温度变化时，由于补偿块与试件不感受应变。当温度变化时，由于补偿块与试件材料相同，且两个应变片参数相同，所以两个应材料相同，且两个应变片参数相同，所以两个应变片的电阻变化变片的电阻变化R1与与R2也相同，
19、因此也相同，因此电桥仍仍满足平衡条件，足平衡条件，电桥输出出为零。若有零。若有应变作用作用时，只有工作，只有工作应变片片感受感受应变，因此，因此电桥输出只与被出只与被测试件受力情况件受力情况有关，而与温度无关，从而起到温度有关，而与温度无关，从而起到温度补偿的作用。的作用。桥路路补偿法的法的优点是方法点是方法简单，在常温下，在常温下补偿效果效果较好。其缺点是上述条件有好。其缺点是上述条件有时难以保以保证，尤其是在温度尤其是在温度变化梯度化梯度较大的情况下，它将影响大的情况下，它将影响补偿效果。效果。应变片自补偿法应变片自补偿法 一种类型是利用自身具有温度补偿作用的特殊一种类型是利用自身具有温度
20、补偿作用的特殊应变片，当温度发生变化时，产生的附加应变为应变片，当温度发生变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为选择式温度自补零或相互抵消，这种应变片称为选择式温度自补偿应变片，它是通过选配敏感栅材料及其结构参偿应变片，它是通过选配敏感栅材料及其结构参数来制成的数来制成的.第二种是双金属敏感栅自补偿片，它是用电第二种是双金属敏感栅自补偿片，它是用电阻系数不同的两种金属材料串联绕制成敏感栅。阻系数不同的两种金属材料串联绕制成敏感栅。这两段敏感栅由于温度变化引起的电阻变化大小这两段敏感栅由于温度变化引起的电阻变化大小相等、符号相反，从而起到温度补偿的作用。相等、符号相反，从而起到温度
21、补偿的作用。第三种是双金属半桥片，结构与双金属自补第三种是双金属半桥片，结构与双金属自补偿片类似，但是两种敏感栅材料的电阻（偿片类似，但是两种敏感栅材料的电阻（R1、R2）温度系数符号相同，即都为正或负，但大小不）温度系数符号相同，即都为正或负，但大小不相等。在两种材料的连接处再焊上一条引线，就相等。在两种材料的连接处再焊上一条引线，就构成了温度自补偿应变片。构成了温度自补偿应变片。n测量时，测量时，R1、R2分别接入测量电桥的两个相邻桥分别接入测量电桥的两个相邻桥臂，臂，R1作为工作栅接入工作桥臂，作为工作栅接入工作桥臂，R2作为补偿作为补偿栅并串接一个温度系数甚小的附加电阻栅并串接一个温度
22、系数甚小的附加电阻RB后接入后接入补偿桥臂。当温度变化时，只要电桥的工作桥臂补偿桥臂。当温度变化时，只要电桥的工作桥臂和补偿桥臂由于温度变化引起的电阻变化相等就和补偿桥臂由于温度变化引起的电阻变化相等就能达到温度自补偿的目的。能达到温度自补偿的目的。n实际使用时，调节实际使用时，调节R1和和R2的长度比和附加电阻的长度比和附加电阻RB的大小，使之满足下式条件的大小，使之满足下式条件:R1T/R1=R2T/（R2+RB）n这种补偿法的优点是通过调整这种补偿法的优点是通过调整R1值，不仅可达值，不仅可达到补偿，而且还适用于不同线膨胀系数的试件。到补偿，而且还适用于不同线膨胀系数的试件。缺点是对附加
23、电阻缺点是对附加电阻RB的精度要求高，而且当应的精度要求高，而且当应变片感受应变时，补偿栅会抵消工作栅的有效应变片感受应变时，补偿栅会抵消工作栅的有效应变，使电桥输出灵敏度降低。变，使电桥输出灵敏度降低。热敏电阻补偿法热敏电阻补偿法 具有负电阻温度系数的热敏电阻具有负电阻温度系数的热敏电阻RT与应变与应变片处于相同温度条件下，当温度升高时，应片处于相同温度条件下，当温度升高时，应变片的灵敏度将下降，同时，热敏电阻的阻变片的灵敏度将下降，同时，热敏电阻的阻值也下降，使电桥的输入电压增加，从而提值也下降，使电桥的输入电压增加，从而提高了电桥的输出电压值，补偿了应变片由温高了电桥的输出电压值，补偿了
24、应变片由温度效应而引起的输出下降。适当选择度效应而引起的输出下降。适当选择R5的值，的值，可以达到最佳补偿。可以达到最佳补偿。4.2.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 电阻应变片的作用是将机械应变转换为应电阻应变片的作用是将机械应变转换为应变片的电阻变化。在一般测量范围内，这个电变片的电阻变化。在一般测量范围内，这个电阻变化量是很微小的。测量电路的作用就是精阻变化量是很微小的。测量电路的作用就是精确地测量出这个微小的电阻变化，通常是采用确地测量出这个微小的电阻变化，通常是采用电桥来测量。这里只介绍直流平衡电桥，它用电桥来测量。这里只介绍直流平衡电桥，它用在静态应变测量中；另外还有直
25、流不平衡电桥在静态应变测量中；另外还有直流不平衡电桥和交流电桥，用于动态应变测量，输出量可以和交流电桥，用于动态应变测量，输出量可以是电压或电流。是电压或电流。1.直流平衡电桥直流平衡电桥 R1、R2、R3和和R4为电桥的四个臂，为电桥的四个臂，R1为应变为应变片。因为应变片在工作时阻值变化很小，故可片。因为应变片在工作时阻值变化很小，故可以认为电源供给的电流以认为电源供给的电流I在工作过程中是不变的。在工作过程中是不变的。假定电源为电压源，内阻为零。假定电源为电压源，内阻为零。若若Rg为检流计为检流计内阻，串联负载为内阻，串联负载为RL,(RLRg),则检流计中流则检流计中流过的电流过的电流
26、Ig和电桥各参数之间的关系为和电桥各参数之间的关系为 Ig=0时，电桥平衡，则平衡条件为时，电桥平衡，则平衡条件为 R1R4-R2R3=0n应变片阻值变化量可以用应变片阻值变化量可以用Ig的大小来表示（偏转的大小来表示（偏转法），也可以用桥臂阻值的改变量（使法），也可以用桥臂阻值的改变量（使Ig=0）来）来表示（零读法）。表示（零读法）。（1）当采用偏转法时，应变片承受应变的情况下，）当采用偏转法时，应变片承受应变的情况下，其阻值其阻值R1变为变为R1+R1，将其代入上式后，就可将其代入上式后，就可得到得到Ig 与与 R1的关系式，通过读取的关系式，通过读取Ig值，就可求值，就可求得得 R1的
27、值。的值。（2）当采用零读法时，初始时电桥平衡，）当采用零读法时，初始时电桥平衡，Ig=0，R1R4=R2R3，在应变片承受应变时，其阻值由，在应变片承受应变时，其阻值由R1变为变为R1+R1，从而破坏了电桥原来的平衡条件，从而破坏了电桥原来的平衡条件，使检流计中有电流流过，此时可调节其他桥臂的使检流计中有电流流过，此时可调节其他桥臂的电阻值，重新使电阻值，重新使Ig=0，即电桥重新平衡。，即电桥重新平衡。比如调节比如调节R2，使其值变为，使其值变为R2+R2后电桥重后电桥重新平衡，则有新平衡，则有 （R1+R1）R4=（R2+R2）R3 即即 当当R3、R4恒定时，根据恒定时，根据 R2的值
28、即可求得的值即可求得 R1。2.电压灵敏度电压灵敏度 应变片工作时：电阻值变化很小，电桥相应应变片工作时：电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入输出电压也很小，一般需要加入放大器放大器进行放大。进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为所以此时仍视电桥为开路开路情况。情况。当受应变时：若应变片电阻变化为当受应变时：若应变片电阻变化为R，其它，其它桥臂固定不变，电桥输出电压桥臂固定不变，电桥输出电压Uo0，则电桥不，则电桥不平衡，输出电压为平衡，输出电压为 设设 桥桥 臂臂 比比n n=R R2 2/R R1 1
29、，由由 于于 R R1 1R R1 1，分分 母母 中中R R1 1/R R1 1可可忽忽略略，并并考考虑虑到到平平衡衡条条件件R R2 2/R R1 1=R R4 4/R R3 3，则上式可写为则上式可写为 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度定义为定义为 n分析：分析：电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，供电电压越高，供电电压越高，电桥电压灵敏度越高，但供电电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择；作适当选择；电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n n的函的函数，恰当
30、地选择桥臂比数，恰当地选择桥臂比n n的值，可以保证电桥具的值，可以保证电桥具有较高的电压灵敏度。有较高的电压灵敏度。？当当U U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：分析：思路：当思路：当dKU/dn=0时，时，KU取最大值。取最大值。即：即：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时时，电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度最最高高，此时有此时有 结结论论：当当电电源源电电压压U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
31、定定值值，且且与与各各桥桥臂臂电电阻阻阻阻值值大大小小无关。无关。3.3.非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法理理想想情情况况（略略去去分分母母中中的的R1/R1项项）下下，电电桥桥的的电电压压输出为：输出为：实际情况实际情况（保留分母中的（保留分母中的R1/R1项）：项）：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 如果桥臂比如果桥臂比n=1，则则：n补偿方法：差动电桥法和恒流源电桥法补偿方法：差动电桥法和恒流源电桥法（1）差动电桥法）差动电桥法 (a)为半桥差动，（为半桥差动，（b）为全桥差动）为全桥差动半半桥桥差差动动：在在试试件件上上安安装装两两
32、个个工工作作应应变变片片，一一个个受受拉拉应应变变，一一个受压应变，个受压应变，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R R1 1=R R2 2，R R1 1=R R2 2，R R3 3=R R4 4，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=U/2，是单臂工作时的两倍。，是单臂工作时的两倍。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
33、桥桥 臂臂 上上。若若 R R1 1=R R2 2=R R3 3=R R4 4，且且R R1 1=R R2 2=R R3 3=R R4 4，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，而而且且电电压压灵灵敏敏度度为为单单片片工工作作时时的的4倍倍。（2 2）恒流源电桥法）恒流源电桥法 是使电桥工作臂支路中的电流不随是使电桥工作臂支路中的电流不随R R1 1的变化而变化，或者尽量变化小一些，从的变化而变化，或者尽量变化小一些，从而减小非线性误差。而减小非线性误差。4.3电阻应变式传感器应用举例电阻应变式传感器应用举例 电阻应变式传感器按用途不同可分为应变电阻应
34、变式传感器按用途不同可分为应变式测力（称重）传感器、应变式压力传感器、式测力（称重）传感器、应变式压力传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器等应变式位移传感器、应变式加速度传感器等几类。几类。1 应变式测力（称重）传感器应变式测力（称重）传感器 应变式测力传感器在电阻应变式传感器中应变式测力传感器在电阻应变式传感器中占有举足轻重的地位。它可以测量力、荷重占有举足轻重的地位。它可以测量力、荷重及扭矩。应变式测力传感器由弹性元件、应及扭矩。应变式测力传感器由弹性元件、应变片、外壳构成。这类传感器按照其弹性元变片、外壳构成。这类传感器按照其弹性元件结构形式的不同可分为柱式、等截面悬臂件结构形式
35、的不同可分为柱式、等截面悬臂梁式、薄臂圆环式、等强度梁式、剪切式等。梁式、薄臂圆环式、等强度梁式、剪切式等。n测量时，由弹性元件将被测物理量变化转换成应测量时，由弹性元件将被测物理量变化转换成应变变化，再由粘贴在弹性元件上的应变片将应变变变化，再由粘贴在弹性元件上的应变片将应变变化转换为电阻变化，通过测电阻变化量而求得变化转换为电阻变化，通过测电阻变化量而求得被测物理量的大小。被测物理量的大小。2 应变式压力传感器应变式压力传感器 应变式压力传感器广泛用于测量管道内部压力、应变式压力传感器广泛用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差、发动机中的脉动压力内燃机燃气的压力、压差、发动机中的脉动
36、压力以及各种流体压力。以及各种流体压力。应变式压力传感器由弹性元件、应变片、外壳应变式压力传感器由弹性元件、应变片、外壳组成。按弹性元件结构形式的不同，应变式压力组成。按弹性元件结构形式的不同，应变式压力传感器可分为板（膜）式、筒式、组合式等。传感器可分为板（膜）式、筒式、组合式等。3 应变式位移传感器应变式位移传感器 应变式位移传感器是把被测位移量变换为弹应变式位移传感器是把被测位移量变换为弹性元件的应变，通过用应变片测量应变来求得性元件的应变，通过用应变片测量应变来求得位移。对应变式位移传感器中弹性元件的要求位移。对应变式位移传感器中弹性元件的要求是刚度要小，否则当弹性元件产生变形时，会是
37、刚度要小，否则当弹性元件产生变形时，会对被测构件形成反作用力，从而使测得的被测对被测构件形成反作用力，从而使测得的被测构件位移量失真。构件位移量失真。按弹性元件结构形式的不同，应变式位移传按弹性元件结构形式的不同，应变式位移传感器可分为弹簧组合式、梁式、弓形等几类。感器可分为弹簧组合式、梁式、弓形等几类。4 应变式加速度传感器应变式加速度传感器 应变式加速度传感器主要由质量块、应变应变式加速度传感器主要由质量块、应变梁、保护块、应变片、接线柱等组成。在应变梁、保护块、应变片、接线柱等组成。在应变梁的一端固定惯性质量块，梁的上下粘贴应变梁的一端固定惯性质量块，梁的上下粘贴应变片，传感器内腔充满硅油，以产生必要的阻尼。片，传感器内腔充满硅油，以产生必要的阻尼。测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接。测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接。当有加速度作用在壳体上时，由于梁的刚度很当有加速度作用在壳体上时，由于梁的刚度很大，质量块也以同样的加速度运动，产生的惯大，质量块也以同样的加速度运动，产生的惯性力与加速度成正比、惯性力的大小由梁上的性力与加速度成正比、惯性力的大小由梁上的应变片测出。保护块使传感器过载时不被破坏。应变片测出。保护块使传感器过载时不被破坏。这种传感器常用于低频振动测量中。这种传感器常用于低频振动测量中。