电阻式应变式传感器精选PPT.ppt

《电阻式应变式传感器精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电阻式应变式传感器精选PPT.ppt（79页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、关于电阻式应变式传感器13.04.20231第1页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20232应变式传感器应变式传感器应变式传感器应变式传感器应变式传感器应变式传感器电阻元件电阻元件非电量非电量非电量非电量电阻变化电阻变化电阻变化电阻变化本本节节内内容容一、工作原理一、工作原理二、应变片的类型与材料二、应变片的类型与材料三、应变片的特性三、应变片的特性四、温度误差与补偿四、温度误差与补偿五、信号调节电路五、信号调节电路六、应变式传感器的应用六、应变式传感器的应用第2页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20233优点优点具具有有非非线线性性，输输出出信信号号微微弱弱，抗抗干干扰扰能能

2、力力较较差差，因因此此信信号号线线需需要要采采取取屏屏蔽蔽措措施施；只只能能测测量量一一点点或或应应变变栅栅范范围围内内的的平平均均应应变变，不不能能显显示示应应力力场场中中应应力力梯梯度度的的变变化化等等；不不能能用用于于过过高高温温度度场场合合下的测量下的测量。应变计工作的物理基础应变计工作的物理基础应变计工作的物理基础应变计工作的物理基础 电阻应变效应电阻应变效应电阻应变效应电阻应变效应精度高，测量范围广；精度高，测量范围广；使用寿命长，性能稳定可靠；使用寿命长，性能稳定可靠；结构简单，体积小，重量轻；结构简单，体积小，重量轻；频率响应较好，可用于静态测量又可用于动态测量；频率响应较好，

3、可用于静态测量又可用于动态测量；价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用缺点缺点2.1应变式传感器应变式传感器第3页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20234一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理电阻应变效应演示电阻应变效应演示第4页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20235一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理电阻应变式传感器电阻应变式传感器第5页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20236 1 1 金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应定义：轴向轴向轴向轴向应变应变应变应变S=r 2dS/S=2dr/r径向径向径向

4、径向应变应变应变应变泊松比泊松比泊松比泊松比图图1.1金属导体受力变形情况金属导体受力变形情况一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理第6页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20237电阻丝的灵敏系数电阻丝的灵敏系数Ks：单位应变所引起的电阻相对变化量。单位应变所引起的电阻相对变化量。电阻率变电阻率变电阻率变电阻率变化化化化几何尺寸变几何尺寸变几何尺寸变几何尺寸变化化化化KsKs=1.84.8=1.84.8实验证明在应变极限内实验证明在应变极限内Ks为常数为常数一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理第7页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202382应变片的基本结

5、构及测量原理应变片的基本结构及测量原理 2341图图1.2 电阻应变片结构示意图电阻应变片结构示意图bl敏感栅敏感栅1、基底、基底2、覆盖层、覆盖层3、引线、引线4 和和 粘结剂粘结剂栅长栅长栅宽栅宽一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理结构结构第8页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20239根据应力与应变的关系，得到应力值为=E 弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量测量原理测量原理R/R一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理第9页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202310应变片测量原理应变片测量原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理一、工作原理第10页，讲

6、稿共79张，创作于星期二13.04.202311丝式丝式箔式箔式回线式应变片回线式应变片短接式应变片短接式应变片体形体形薄膜型薄膜型二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型图图1.3丝式应变片丝式应变片应变片类型应变片类型第11页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202312图图1.4 几种箔式应变片几种箔式应变片厚约0.0030.01mm二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型第12页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202313图图1.5 薄膜应变片薄膜应变片厚度厚度0.1以下，以下，是薄膜技术发展的产物是薄膜技术发展的产物二、应变片类型二、应变

7、片类型二、应变片类型二、应变片类型第13页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202314二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型二、应变片类型实物实物第14页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202315二、应变片材料二、应变片材料二、应变片材料二、应变片材料对敏感栅的材料的要求：对敏感栅的材料的要求：应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；电阻温度系数要小；电阻温度系数要小；抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；在工作温度范围

8、内能保持足够的抗拉强度；在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；加工性能良好加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；易于拉制成丝或轧压成箔材；易于焊接，对引线材料的热电势小。易于焊接，对引线材料的热电势小。敏感栅的材料有：敏感栅的材料有：康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、铂钨合金铂钨合金第15页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023161灵敏度系数灵敏度系数K应变计的应变计的应变计的应变计的灵敏系数灵敏系数灵敏系数灵敏系数导电丝材导电丝材导电丝材导电丝材的的的的灵敏系数灵敏系数灵敏系数灵敏系数KK与与与与 KsKs 相同吗？相同吗？

9、相同吗？相同吗？应变片的特性应变片的特性应变片的特性应变片的特性三、应变片的特性三、应变片的特性第16页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023172横向效应横向效应短接式应变片、箔式应变片短接式应变片、箔式应变片短接式应变片、箔式应变片短接式应变片、箔式应变片如何减小横向效应如何减小横向效应如何减小横向效应如何减小横向效应沿轴向应变为沿轴向应变为沿横向应变为沿横向应变为图图1.6 丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分bOlrrdld0应变片的特性应变片的特性应变片的特性应变片的特性第17页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202318（3 3）机械滞后）

10、机械滞后）机械滞后）机械滞后1机械应变机械应变卸载卸载加载加载指指示示应应变变i图图1.7 应变片的机械滞后应变片的机械滞后（4 4）应变片的电阻值）应变片的电阻值）应变片的电阻值）应变片的电阻值R R应变片在未经安装也不受外力情况下，室温下测得的电阻值应变片在未经安装也不受外力情况下，室温下测得的电阻值习惯上为习惯上为60、120、200、350、500、1000,其中其中以以120最常用。最常用。应变片的特性应变片的特性应变片的特性应变片的特性第18页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202319四、电阻应变式传感器的温度误差及补偿四、电阻应变式传感器的温度误差及补偿1 1、温度误差

11、及产生原因、温度误差及产生原因、温度误差及产生原因、温度误差及产生原因由于温度变化引起的应变输出由于温度变化引起的应变输出由于温度变化引起的应变输出由于温度变化引起的应变输出（1 1）敏感栅电阻值（）敏感栅电阻值（）敏感栅电阻值（）敏感栅电阻值（T T）温度误差温度误差温度误差温度误差Rt=R0(1+t)；附加应变附加应变附加应变附加应变特点特点特点特点T ；第19页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202320（2 2）线膨胀系数不匹配）线膨胀系数不匹配）线膨胀系数不匹配）线膨胀系数不匹配温度误差温度误差温度误差温度误差电阻丝被迫拉伸到和试件一样长，电阻丝被迫拉伸到和试件一样长，电阻丝

12、被迫拉伸到和试件一样长，电阻丝被迫拉伸到和试件一样长，L L附加应变附加应变附加应变附加应变附加电阻变化附加电阻变化附加电阻变化附加电阻变化第20页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202321温度误差温度误差温度误差温度误差总附加电阻总附加电阻总附加电阻总附加电阻总附加应变总附加应变总附加应变总附加应变第21页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023222 2、温度补偿方法、温度补偿方法、温度补偿方法、温度补偿方法 桥路补偿法桥路补偿法R1工作片工作片RB补偿片补偿片 R 平衡电阻平衡电阻图图1.8 桥路补偿法桥路补偿法温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿第22页，

13、讲稿共79张，创作于星期二13.04.202323图图1.9测量梁的弯曲应变测量梁的弯曲应变R1与RB特性相同接入相邻臂接入相邻臂输出电压增加输出电压增加2倍倍R1t=RBt应变状态相反应变状态相反在某些情况下，可以比较巧妙地安装应变片而不需在某些情况下，可以比较巧妙地安装应变片而不需补偿件并兼得灵敏度的提高。补偿件并兼得灵敏度的提高。温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿第23页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202324 应变片自补偿法应变片自补偿法单丝自补偿单丝自补偿单丝自补偿单丝自补偿 双丝自补偿双丝自补偿双丝自补偿双丝自补偿温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿温度误

14、差补偿图图1.10双金属丝栅法双金属丝栅法第24页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202325UR2R4R1R3ERtR5图图 1.11 热敏电阻补偿法热敏电阻补偿法TUR5 分流电阻分流电阻温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿温度误差补偿 热敏电阻补偿法热敏电阻补偿法Rt第25页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202326测量电路 变化变化 电阻应变计电阻应变计电阻应变计电阻应变计电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路机械应变机械应变U(I)变化变化电阻应变仪电阻应变仪放大、显示放大、显示放大、显示放大、显示第26页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202327例：已知公式：

15、例：已知公式：初始电阻初始电阻R=120 灵敏度系数灵敏度系数K=2纵向应变纵向应变=1000=1时时求：该应变片电阻的绝对变化量求：该应变片电阻的绝对变化量 R=0.24 电阻应变片工作时，通常其电阻变化是很小的，电阻应变片工作时，通常其电阻变化是很小的，测量电路第27页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202328双臂应变电桥双臂应变电桥双臂应变电桥双臂应变电桥单臂应变电桥单臂应变电桥单臂应变电桥单臂应变电桥全臂应变电桥全臂应变电桥全臂应变电桥全臂应变电桥直流电桥：直流电桥：直流电桥：直流电桥：R R交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥:R:R、L L、C C不平衡桥式：偏差测量法（动态

16、）不平衡桥式：偏差测量法（动态）不平衡桥式：偏差测量法（动态）不平衡桥式：偏差测量法（动态）平衡桥式：零位测量法（静态）平衡桥式：零位测量法（静态）平衡桥式：零位测量法（静态）平衡桥式：零位测量法（静态）半等臂电桥半等臂电桥半等臂电桥半等臂电桥全等臂电桥全等臂电桥全等臂电桥全等臂电桥工作方式工作方式工作方式工作方式桥臂关系桥臂关系桥臂关系桥臂关系电源电源电源电源负载负载负载负载工作臂工作臂工作臂工作臂电压输出桥：电压输出桥：电压输出桥：电压输出桥：功率输出桥：功率输出桥：功率输出桥：功率输出桥：U U、I I电源端对称电源端对称电源端对称电源端对称输出端对称输出端对称输出端对称输出端对称应应变

17、变电电桥桥测量电路第28页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023291 平衡电桥平衡电桥当当RL时，电桥输出电压为：时，电桥输出电压为：当电桥平衡时，当电桥平衡时，Uo=0，则有：，则有：R1R4=R2R3电桥平衡条件电桥平衡条件平衡电桥平衡电桥（一）（一）直流电桥直流电桥E ER RL LR R2 2R R4 4R R1 1R R3 3U U0 0图图图图1.12 1.12 1.12 1.12 直流测量电桥直流测量电桥直流测量电桥直流测量电桥第29页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202330 由于应变引起阻值变化由于应变引起阻值变化 ，电桥不平衡，调节电桥不平衡，调节则有

18、：则有：特点：需做两次调节，若应变为动态量，则电阻变化快，平特点：需做两次调节，若应变为动态量，则电阻变化快，平 衡电桥衡电桥不适用。不适用。平衡电桥E ER RL LR R2 2R R4 4R R1 1R R3 3U U0 0图图图图1.12 1.12 1.12 1.12 直流测量电桥直流测量电桥直流测量电桥直流测量电桥第30页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202331单臂电桥单臂电桥2 不平衡电桥不平衡电桥单臂电桥满足电桥平衡：满足电桥平衡：E ER R2 2R R4 4R R1 1R R3 3U U0 0图图图图1.13 1.13 1.13 1.13 单臂测量电桥单臂测量电桥单

19、臂测量电桥单臂测量电桥+-第31页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202332电桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为分析分析:(2)电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n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？单臂电桥第32页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202333求得求得n=1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其灵敏度也是定

20、值，与各桥臂电阻阻值大小无关。及其灵敏度也是定值，与各桥臂电阻阻值大小无关。单臂电桥第33页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202334非线性误差及其补偿方法非线性误差及其补偿方法U0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）：单臂电桥第34页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202335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500

21、0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%，故故当当非非线线性性误误差差不不能能满满足足测量要求时，必须予以消除。测量要求时，必须予以消除。单臂电桥第35页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202336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图1.14 差动电桥差动电桥 第36页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202337半桥差动半桥差动为提高电桥电压灵敏度为提高电桥电压灵敏度 n=1半桥差动E E

22、R RL LR R2 2-R R2 2R R4 4R R1 1+R R1 1R R3 3U U0 0 图图图图1.15 1.15 1.15 1.15 半桥差动电路半桥差动电路半桥差动电路半桥差动电路+-第37页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202338与单臂相比与单臂相比:电桥电压灵敏度：电桥电压灵敏度：Uo与与R1/R1成线性关系，无非线性误差，成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。，是单臂工作时的两倍。同时还具有温度补偿作用。同时还具有温度补偿作用。半桥差动第38页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202339全桥差

23、动全桥差动为提高电桥电压灵敏度为提高电桥电压灵敏度 n=1全桥差动E ER R1 1-R R1 1R R1 1+R R1 1U U0 0图图图图1.16 1.16 1.16 1.16 全桥差动电路全桥差动电路全桥差动电路全桥差动电路+-R R4 4-R R4 4R R4 4+R R4 4第39页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202340Uo与与R1/R1成线性关系，无非线性误差，成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度而且电桥电压灵敏度KU=E，是单臂工作时的四倍。，是单臂工作时的四倍。同时还具有温度补偿作用。同时还具有温度补偿作用。结论：全桥差动第40页，讲稿共79张，创作于星

24、期二13.04.202341直流电桥直流电桥直流电桥直流电桥 优点：电源稳定电路简单，仍是主要测量电路；优点：电源稳定电路简单，仍是主要测量电路；优点：电源稳定电路简单，仍是主要测量电路；优点：电源稳定电路简单，仍是主要测量电路；缺点：直流放大器较复杂，存在零漂工频干扰。缺点：直流放大器较复杂，存在零漂工频干扰。缺点：直流放大器较复杂，存在零漂工频干扰。缺点：直流放大器较复杂，存在零漂工频干扰。交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥 优点：放大电路简单无零漂，不受干扰，为特定优点：放大电路简单无零漂，不受干扰，为特定优点：放大电路简单无零漂，不受干扰，为特定优点：放大电路简单无零漂，不受干扰，为特定

25、 传感器带来方便；传感器带来方便；传感器带来方便；传感器带来方便；缺点：需专用测量仪器或电路不易取得高精度。缺点：需专用测量仪器或电路不易取得高精度。缺点：需专用测量仪器或电路不易取得高精度。缺点：需专用测量仪器或电路不易取得高精度。（二）交流电桥（二）交流电桥交流电桥第41页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202342电桥平衡条件：电桥平衡条件：Uo=0，即：，即：交流电桥输出：交流电桥输出：U Ui iZ Z2 2Z Z4 4Z Z1 1Z Z3 3U U0 0 图图图图1.17 1.17 1.17 1.17 交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥第42页，讲稿共79张，

26、创作于星期二13.04.202343交流电桥需要满足两个方程式交流电桥需要满足两个方程式电桥平衡条件电桥平衡条件设各桥臂阻抗为：设各桥臂阻抗为：交流电桥第43页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202344交流电桥U Ui iZ Z2 2Z Z4 4Z Z1 1Z Z3 3U U0 0 图图图图1.18 1.18 1.18 1.18 交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥考虑单臂单臂情况，考虑单臂单臂情况，R1工作片工作片,交流电桥输出电压交流电桥输出电压 第44页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202345交流电桥一般情况下，由于导线寄生电容很小，电源频率也不一般情况下，由于导线寄生

27、电容很小，电源频率也不很高。因此，很高。因此，第45页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202346交流电桥输出电压交流电桥输出电压 单臂交流电桥单臂交流电桥 半桥差动电路半桥差动电路 全桥差动电路全桥差动电路 交流电桥第46页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202347（三）恒流源电桥（三）恒流源电桥U USRSRR R2 2R R4 4R R1 1R R3 3U U0 0 图图图图1.19 1.19 1.19 1.19 恒流源恒流源恒流源恒流源电桥电桥电桥电桥I I1 1I I2 2若右图所示的电路输入若右图所示的电路输入阻抗较高，则有：阻抗较高，则有：I1(R1+R2)=I

28、2(R3+R4 )I=I1+I21.电桥输出电压与电阻变化量的关系电桥输出电压与电阻变化量的关系恒流源电桥恒流源电桥第47页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202348解该方程组得解该方程组得:输出电压为输出电压为:若电桥初始平衡，且若电桥初始平衡，且R1=R2=R3=R4=R恒流源电桥恒流源电桥第48页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202349若满足若满足RR，则，则输出电压与输出电压与输出电压与输出电压与 R R成正比，即与被测量成正比。成正比，即与被测量成正比。成正比，即与被测量成正比。成正比，即与被测量成正比。输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关。输出电压与恒流源

29、供给的电流大小、精度有关。输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关。输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关。单臂时，电桥输出电压为：单臂时，电桥输出电压为：单臂时，电桥输出电压为：单臂时，电桥输出电压为：恒流源电桥恒流源电桥第49页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202350非线性误差非线性误差若采用恒压源，非线性误差为：若采用恒压源，非线性误差为：非线性误差减小了一倍。非线性误差减小了一倍。非线性误差减小了一倍。非线性误差减小了一倍。恒流源电桥恒流源电桥第50页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202351（四）电阻应变仪（四）电阻应变仪 按测量应变力的频率可分为静态应变仪和

30、动按测量应变力的频率可分为静态应变仪和动按测量应变力的频率可分为静态应变仪和动按测量应变力的频率可分为静态应变仪和动 态应变仪，按应变力频率又可细分为：态应变仪，按应变力频率又可细分为：态应变仪，按应变力频率又可细分为：态应变仪，按应变力频率又可细分为：静态静态静态静态 5Hz5Hz5Hz5Hz；静动态静动态静动态静动态几百几百几百几百HzHzHzHz；动态动态动态动态 5KHz5KHz5KHz5KHz；超动态超动态超动态超动态几十几十几十几十KHzKHzKHzKHz；交流电桥电阻应变仪主要由电桥、振荡器、交流电桥电阻应变仪主要由电桥、振荡器、交流电桥电阻应变仪主要由电桥、振荡器、交流电桥电阻

31、应变仪主要由电桥、振荡器、放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示放大器、相敏检波器、滤波器、转换和显示 电路组成。电路组成。电路组成。电路组成。电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪 电阻应变式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器+放大指示仪表放大指示仪表放大指示仪表放大指示仪表应变仪应变仪应变仪应变仪第51页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202352电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪电阻应变仪图图1.20 电阻应变仪原理方框图电阻应变仪原理方框图 第52页，讲稿共79张，创作于星期二13.0

32、4.202353下图所示的静态应变仪测量范围：下图所示的静态应变仪测量范围：19999；分辨率：分辨率：1；电桥电压：直流；电桥电压：直流2.5V；应变片：应变片：120或其他阻值；或其他阻值；测量点数：测量点数：8/16点；点；第53页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202354应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用电阻应变式传感器的特点电阻应变式传感器的特点1 1、优点、优点、优点、优点应用和测量范围广应用和测量范围广应用和测量范围广应用和测量范围广精度和灵敏度高精度和灵敏度高精度和灵敏度高精度和灵敏度高频率响应特性好频率响应特性好频率响应特性好频

33、率响应特性好对复杂环境的适应性强对复杂环境的适应性强对复杂环境的适应性强对复杂环境的适应性强商品化商品化商品化商品化2 2、缺点、缺点、缺点、缺点大应变下的非线性大应变下的非线性大应变下的非线性大应变下的非线性屏蔽措施屏蔽措施屏蔽措施屏蔽措施不能测应力梯度的变化不能测应力梯度的变化不能测应力梯度的变化不能测应力梯度的变化0.1%0.01%几十几十上百上百KHz第54页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202355测定试件应力或应变时，直接将应变片粘贴在试件上测定试件应力或应变时，直接将应变片粘贴在试件上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

34、成应变弹性元件转换成应变弹性元件u电阻应变式力传感器电阻应变式力传感器u应变式压力传感器应变式压力传感器u应变式加速度传感器应变式加速度传感器弹性弹性弹性弹性元件元件元件元件传感元件传感元件传感元件传感元件(应变片应变片应变片应变片)被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量电阻电阻电阻电阻应变应变应变应变应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用第55页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202356对材料的要求对材料的要求对材料的要求对材料的要求 弹性滞后和弹性后效要小弹性滞后和弹性后效要小弹性膜数的温度系数要小弹性膜数的温度系数要小线膨胀系数小且稳定线膨胀

35、系数小且稳定具有良好的稳定性和耐腐蚀性具有良好的稳定性和耐腐蚀性具有良好的机械加工和热处理性能。具有良好的机械加工和热处理性能。弹性敏感元件弹性敏感元件常用材料有常用材料有常用材料有常用材料有 弹性合金弹性合金弹性合金弹性合金石英石英石英石英陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷半导体硅等半导体硅等半导体硅等半导体硅等合金钢合金钢铜合金铜合金应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用应变式传感器的应用第56页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202357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

36、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。要要求求：应应变变式式力力传传感感器器要要求求有有较较高高的的灵灵敏敏度度和和稳稳定定性性,当当传传感感器器在在受受到到侧侧向向作作用用力力或或力力的的作作用用点点发发生生轻轻微微变变化化时时,不不应对输出有明显的影响。应对输出有明显的影响。弹性元件：弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等。柱式、筒式、环式、悬臂式等。（一）（一）应变式力传感器应变式力传感器应变式力传感器应变式力传感器第57页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023581 1、柱式力传感器、柱式力传感器 图图图图1.21 1.21 1.21 1.2

37、1 柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器F FF F面积面积面积面积S S-1 1+2 2-2 2+1 1截面积截面积截面积截面积S SF F(a)(a)实心圆柱实心圆柱(b)(b)空心圆柱空心圆柱F F轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后同样数目的应变片，后者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，者取符号相反的应变，以构成差动。由于应变以构成差动。由于应变以构成差动。由于应变以构

38、成差动。由于应变片沿圆周方向分布，所片沿圆周方向分布，所片沿圆周方向分布，所片沿圆周方向分布，所以非轴向载荷分量被补以非轴向载荷分量被补以非轴向载荷分量被补以非轴向载荷分量被补偿偿偿偿应变式力传感器应变式力传感器第58页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202359由材料力学知识，在弹性限度内由材料力学知识，在弹性限度内:杨氏模量杨氏模量面积面积三式联立解得三式联立解得:故故令令 则则:测量原理测量原理应变式力传感器应变式力传感器第59页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202360 弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏弹

39、性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对表面中部，构成差动对,且处于对臂位置，以减小弯矩的影响且处于对臂位置，以减小弯矩的影响且处于对臂位置，以减小弯矩的影响且处于对臂位置，以减小弯矩的影响 。横向粘贴的应变片具有温度。横向粘贴的应变片具有温度。横向粘贴的应变片具有温度。横向粘

40、贴的应变片具有温度补偿作用。补偿作用。补偿作用。补偿作用。u u0 0U0R1R3R5R7R6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5图图图图1.22 1.22 1.22 1.22 柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器柱式力传感器应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接应变片的粘贴与桥路连接R1(a)(a)圆柱面展开图圆柱面展开图圆柱面展开图圆柱面展开图(b)(b)桥路连接桥路连接桥路连接桥路连接应变式力传感器应变式力传感器第60页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202361应变式力传感器应变式力传感器第61页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20236

41、2应变式荷重传感器外形及受力位置应变式荷重传感器外形及受力位置FF应变式力传感器应变式力传感器第62页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202363应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2 R4应变式力传感器应变式力传感器第63页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202364荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示应变式力传感器应变式力传感器第64页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202365当力当力F作用在弹性悬臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁作用在弹性悬臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面的上、下表面对称位置对称

42、位置上应变大小相等，极性相反，若分别上应变大小相等，极性相反，若分别粘贴应变片粘贴应变片R1、R4 和和R2、R3，并接成差动电桥，则电桥，并接成差动电桥，则电桥输出电压输出电压Uo与力与力F成正比。成正比。应变式力传感器应变式力传感器图图1.23 梁式力传感器梁式力传感器 2 2、梁式力传感器、梁式力传感器 第65页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202366(1)等截面梁等截面梁F FR R1 1、R R4 4R R2 2、R R3 3h hl l一端固定，一端自由，厚度为一端固定，一端自由，厚度为h,宽度宽度为为b b,悬臂外端到悬臂外端到应变片应变片中心的距离中心的距离为为为为

43、l。此位置上下两侧分别粘有此位置上下两侧分别粘有4 4只应变片，只应变片，R1R1、R4R4同侧；同侧；R3 R3、R2R2同侧，可构成全差动电同侧，可构成全差动电桥。桥。应变式力传感器应变式力传感器图图1.24 等截面梁式力传感器等截面梁式力传感器 第66页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202367(2)等强度梁等强度梁F Fh hR R1 1、R R4 4l lR R2 2、R R3 3力力F F作用于梁端三角形顶点上，梁内作用于梁端三角形顶点上，梁内各断面产生的应力相等。不随应变片各断面产生的应力相等。不随应变片粘贴位置变化粘贴位置变化 此位置上下两侧分别粘有此位置上下两侧分别

44、粘有4 4只应变只应变片，构成全差动电桥。片，构成全差动电桥。LR1R3R2R4xFhbb0R4应变式力传感器应变式力传感器图图1.25 等强度梁式力传感器原理图等强度梁式力传感器原理图 第67页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202368 (3)其它特殊悬臂梁力传感器其它特殊悬臂梁力传感器图图1.26 特殊粱式力传感器特殊粱式力传感器（a）双孔粱；（）双孔粱；（b）单孔粱；（）单孔粱；（c）S形粱形粱应变式力传感器应变式力传感器第68页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202369各种悬臂梁各种悬臂梁 应变式力传感器应变式力传感器第69页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.

45、202370应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变式力传感器应变式力传感器第70页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202371图图1.27 薄壁圆环式力传感器示意图薄壁圆环式力传感器示意图 3 3、薄壁圆环式力传感器、薄壁圆环式力传感器 第71页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202372 4 4、轮辐式力传感器、轮辐式力传感器图图1.28 轮辐式力传感器示意图轮辐式力传感器示意图(a)结构示意图结构示意图 (b)外形外形第72页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202373应用场合应用场合汽车衡超市打印秤超市打印秤电子天平电子天平人体秤人体秤 应变

46、式力传感器应变式力传感器第73页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202374P（b）当当气气体体或或液液体体压压力力作作用用在在薄薄板板承承压压面面上上时时，薄薄板板变变形形，粘粘贴贴在在另另一一面面的的电电阻阻应应变变片片随随之之变变形形，并并改改变变阻阻值值。这这时时测测量量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。应变片应变片（二）（二）应变式压力传感器应变式压力传感器 1 1、板式压力传感器、板式压力传感器图图1.29 板式压力传感器原理图板式压力传感器原理图应变式压力传感器应变式压力传感器第74页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.20237

47、5图图1.30 膜片式压力传感器膜片式压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器第75页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202376应变式压力传感器应变式压力传感器第76页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202377当外力当外力F F作用在梁的自由端时，固定端产生的应作用在梁的自由端时，固定端产生的应 变最大，粘贴在应变片处的应变为变最大，粘贴在应变片处的应变为2 2、筒式压力传感器、筒式压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器第77页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.202378用于物体加速度的测量。依据：用于物体加速度的测量。依据：a=F/m。（三）（三）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应变式加速度传感器测量时，测量时，基座基座固定固定振动体振动体上，振动加速度使质量块产生惯性力，上，振动加速度使质量块产生惯性力，悬臂梁悬臂梁则相则相当当于惯性系统的于惯性系统的“弹簧弹簧”，在惯性力作用下产生弯曲变形。因此，梁的应变在一，在惯性力作用下产生弯曲变形。因此，梁的应变在一定的定的频率范围内与振动体的加速度成正比。频率范围内与振动体的加速度成正比。第78页，讲稿共79张，创作于星期二13.04.2023感感谢谢大大家家观观看看第79页，讲稿共79张，创作于星期二