1、應(yīng)變式傳感器種類(lèi)和應(yīng)用 4.1 工作原理 4.2 應(yīng)變片的種類(lèi)、材料及粘貼 電阻應(yīng)變片的特性 4.4 應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 4.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器, 是常用的傳感器之一。 應(yīng)變式傳感器的核心元件是電阻應(yīng)變計(jì)（應(yīng)變片）。應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用方便，性能穩(wěn)定可靠，分辨率高，靈敏度高，價(jià)格又便宜，工藝較成熟。因此在航空航天、機(jī)械、化工、建筑、醫(yī)學(xué)、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域有很廣的應(yīng)用。各種電子秤高 精 度 電 子 汽 車(chē) 衡 動(dòng)態(tài)電子秤電子天平機(jī)械秤包裝機(jī)吊秤4.1 電阻應(yīng)變片的工 作原理 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生

2、變化，這種效應(yīng)稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲電阻一個(gè)長(zhǎng)度為l，截面積為A，電阻率為的導(dǎo)體 當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)， 將伸長(zhǎng)l，橫截面積相應(yīng)減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了d，從而引起電阻值相對(duì)變化量為 軸向應(yīng)變徑向應(yīng)變式中, 為電阻絲材料的泊松比， 負(fù)號(hào)表示應(yīng)變軸向方向相反。 得: 通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。 其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量。 靈敏系數(shù)K的影響因素：一個(gè)是應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化， 即1+2；另一個(gè)是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（d/）/。對(duì)金屬材料來(lái)說(shuō)，電阻絲靈敏度系數(shù)表達(dá)式中1+2的值要比(d/)/大得多

3、，半導(dǎo)體材料的(d/)/項(xiàng)的值比1+2大得多。大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)， 電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即K為常數(shù)。 當(dāng)半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí)， 其電阻相對(duì)變化為 式中d/為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對(duì)變化量，其值與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受的應(yīng)變力有關(guān)，其關(guān)系為 半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料，當(dāng)某一軸向受外力作用時(shí)， 其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 半導(dǎo)體應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)證明，E比1+2大上百倍，所以1+2可以忽略，因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高5080倍， 但半導(dǎo)體材料的溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較

4、嚴(yán)重， 使它的應(yīng)用范圍受到一定的限制。 三、應(yīng)變測(cè)試原理 用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，根據(jù)上述特點(diǎn)，在外力作用下，被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生微小機(jī)械變形，應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化， 同時(shí)應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。=E 當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值。根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得到應(yīng)力值為 4.2 應(yīng)變片的種類(lèi)、材料及粘貼4.2.1 金屬電阻應(yīng)變片的種類(lèi) 金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式二種，如圖所示。 回線式最為常用，制作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但其應(yīng)變橫向效應(yīng)較大。 短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大510倍的鍍銀絲短接。優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜。 1.金屬絲式應(yīng)變

5、片常用材料：康銅、鎳鉻鋁合金、鐵鉻鋁合金以及鉑、鉑烏合金等。a、c回線式b、d短接式它是利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱為應(yīng)變花。優(yōu)點(diǎn)：.可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵，其柵長(zhǎng)l可做到，以適應(yīng)不同的測(cè)量要求；.與被測(cè)件粘貼結(jié)面積大； .散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度； .橫向效應(yīng)小。 .蠕變和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：電阻值的分散性比金屬絲的大，有的相差幾十歐姆，需做阻值調(diào)整。在常溫下，金屬箔式應(yīng)變片已逐步取代了金屬絲式應(yīng)變片 2.金屬箔式應(yīng)變片3.金屬薄膜應(yīng)變片它是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在以下

6、的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，可達(dá)197317缺點(diǎn)：難于控制電阻與溫度和時(shí)間的變化關(guān)系。 4.2.2 金屬電阻應(yīng)變片的材料 對(duì)電阻絲(敏感柵)材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大， 且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長(zhǎng)度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會(huì)改變其阻值； 與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢(shì)小； 機(jī)械強(qiáng)度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。 常用材料： 康銅、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金、貴金屬（鉑、鉑鎢合金等）材料應(yīng)變片的選擇使用要求：靈敏度、溫度、壽命敏

7、感柵和基底材料的選擇：溫度影響敏感柵長(zhǎng)度的選擇電阻的選擇敏感柵結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng) 變 計(jì) 附 件 接線端子應(yīng)變粘接劑貼片用輔助料具：錫鉛焊料 、鍍銀紫銅絲 、導(dǎo)線 、砂紙 、專(zhuān)用鑷子 、烙鐵、棉 簽 4.2.3 金屬電阻應(yīng)變片的粘貼 應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測(cè)件上的。粘結(jié)劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測(cè)件應(yīng)變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時(shí)必須考慮應(yīng)變片材料和被測(cè)件材料性能，不僅要求粘接力強(qiáng)，粘結(jié)后機(jī)械性能可靠，而且粘合層要有足夠大的剪切彈性模量， 良好的電絕緣性，蠕變和滯后小，耐濕，耐油，耐老化，動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)量時(shí)耐疲勞等。 還要考慮到應(yīng)變片的工作條件，如溫度、相對(duì)濕度、穩(wěn)定性要求以及貼片固化時(shí)加熱加

8、壓的可能性等。 應(yīng)變片粘貼步驟:檢查：外觀、電阻值、修整試件表面處理：光潔度要求、劃定位線粘貼：厚度、方法固化處理粘貼質(zhì)量的檢查：電阻值和絕緣電阻值接線端子的焊接、導(dǎo)線的固定防潮處理4.2.3 金屬電阻應(yīng)變片的粘貼講授在此！4.3 電阻應(yīng)變片的特性 4.3.1 彈性敏感元件及其基本特性 物體在外力作用下而改變?cè)瓉?lái)尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為變形， 而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來(lái)的尺寸和形狀，這種變形稱為彈性變形。 具有彈性變形特性的物體稱為彈性元件。 力、力矩或壓力 應(yīng)變或位移 電阻值。彈性元件應(yīng)變片 1. 剛度 剛度是彈性元件受外力作用下變形大小的量度，其定義是彈性元件單位變形下所需要的力，用

9、C表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 彈性元件的基本特性有： 2. 靈敏度 通常用剛度的倒數(shù)來(lái)表示彈性元件的特性，稱為彈性元件的靈敏度，一般用S表示，其表達(dá)式為 4.3.2 靈敏系數(shù) 式中， 為應(yīng)變片的軸向應(yīng)變。 它表示安裝在被測(cè)試件上的應(yīng)變?cè)谄漭S向受到單向應(yīng)力時(shí)，引起的電阻相對(duì)變化(R/R)與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變()之比。 因一般應(yīng)變計(jì)粘貼到試件上后不能取下再用, 只能在每批產(chǎn)品中提取一定百分比（如 5%）的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)定, 取其平均值作為這一批產(chǎn)品的靈敏度系數(shù)。這就是產(chǎn)品包裝盒上注明的靈敏度系數(shù), 或稱“標(biāo)稱靈敏度系數(shù)”。4.3.3 橫向效應(yīng) （a） 應(yīng)變片及軸向受力圖； （b） 應(yīng)變片的橫向

10、效應(yīng)圖（2）橫向效應(yīng)：直線電阻絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏系數(shù)K下降。 最明顯的是在=/2 垂直方向的微段, 按泊松比關(guān)系產(chǎn)生壓應(yīng)變-y。該微段電阻不僅不增加, 反而減少。在圓弧的其他各微段上, 感受的應(yīng)變是由+x變化到- y的。這樣, 圓弧段的電阻變化, 顯然將小于同樣長(zhǎng)度沿x方向的直線段的電阻變化。 4.3.3 橫向效應(yīng) 解決方式：短接式應(yīng)變片 理論分析和實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)絲繞式應(yīng)變計(jì)，縱柵l0愈長(zhǎng)，橫柵r愈小，則橫向效應(yīng)愈小。因此，采用短接式或直角式橫柵，可有效地克服橫向效應(yīng)的影響4.3.4 絕緣電阻和最大工作電流 應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測(cè)件之間

11、的電阻值Rm。通常要求Rm在50100 M以上。絕緣電阻下降將使測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度降低，使應(yīng)變片的指示應(yīng)變產(chǎn)生誤差。Rm取決于粘結(jié)劑及基底材料的種類(lèi)及固化工藝。 最大工作電流是指已安裝的應(yīng)變片允許通過(guò)敏感柵而不影響其工作特性的最大電流Imax。 機(jī)械滯后 實(shí)用中，由于敏感柵基底和粘結(jié)劑材料性能，或使用中的過(guò)載，過(guò)熱，都會(huì)使應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生殘余變形，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)輸出的不重合。這種不重合性用機(jī)械滯后(Zj)來(lái)衡量。它是指粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，在恒溫條件下增(加載)、減(卸載)試件應(yīng)變的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)同一機(jī)械應(yīng)變所指示應(yīng)變量(輸出)之差值，見(jiàn)圖所示。通常在室溫條件下，要求機(jī)械滯后Zj 310。實(shí)測(cè)中，可在測(cè)試前

12、通過(guò)多次重復(fù)預(yù)加、卸載，來(lái)減小機(jī)械滯后產(chǎn)生的誤差。 蠕變()和零漂(P0)粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，在恒溫恒載條件下，指示應(yīng)變量隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。如圖中所示。 蠕變反映了應(yīng)變計(jì)在長(zhǎng)時(shí)間工作中對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性，通常要求315s。引起蠕變的主要原因是，制作應(yīng)變計(jì)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和工作中出現(xiàn)的剪應(yīng)力，使絲柵、基底，尤其是膠層之間產(chǎn)生的“滑移”所致。選用彈性模量較大的粘結(jié)劑和基底材料，適當(dāng)減薄膠層和基底，并使之充分固化，有利于蠕變性能的改善。當(dāng)試件初始空載時(shí)，應(yīng)變計(jì)示值仍會(huì)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為零漂。如圖中的P0所示。4.3.7 應(yīng)變極限 應(yīng)變計(jì)的線性(靈敏系數(shù)為常數(shù))特性， 只有在一定的應(yīng)變限

13、度范圍內(nèi)才能保持。當(dāng)試件輸入的真實(shí)應(yīng)變超過(guò)某一限值時(shí)，應(yīng)變計(jì)的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到10%時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限 lim。如圖所示。 應(yīng)變極限是衡量應(yīng)變計(jì)測(cè)量范圍和過(guò)載能力的指標(biāo)，通常要求lim8000。影響lim的主要因素及改善措施，與蠕變基本相同。4.3.8 應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 電阻應(yīng)變片在測(cè)量頻率較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變是以應(yīng)變波的形式在材料中傳播的，它的傳播速度與聲波相同，對(duì)于鋼材v5000 m/s。 頻率響應(yīng)特性與應(yīng)變片的基長(zhǎng)和應(yīng)變波在試件材料中的傳播速度有關(guān)。一、應(yīng)變波為正弦波應(yīng)變波幅測(cè)量的相對(duì)誤差e為應(yīng)變波為階躍波； (b) 理論響應(yīng)特性； (

14、c) 實(shí)際響應(yīng)特性 應(yīng)變片有最高工作頻率，與基長(zhǎng)有關(guān)4.3.6 應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償 1. 應(yīng)變片的溫度誤差 由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差， 稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。 1) 電阻溫度系數(shù)的影響 2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響線膨脹系數(shù)：溫度每變化1度材料長(zhǎng)度變化的百分率。 固體物質(zhì)的溫度每改變1攝氏度時(shí)，其長(zhǎng)度的變化和它在O時(shí)長(zhǎng)度之比，叫做“線膨脹系數(shù)”。單位為1/開(kāi)。符號(hào)為al。 2. 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻絲阻值與溫度關(guān)系： 因試件使應(yīng)變片電阻產(chǎn)生附加形變?cè)斐傻碾娮枳兓瘻囟茸兓痶時(shí)電阻絲的電阻變化總的附加

15、應(yīng)變量為1) 橋路補(bǔ)償法U0=A（R1R4-RBR3） 式中, A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。當(dāng)R3和R4為常數(shù)時(shí)，R1和RB對(duì)電橋輸出電壓Uo的作用方向相反。 利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和RB又處于同一環(huán)境溫度為t的溫度場(chǎng)中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)有 （3-30） 工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 選取橋臂電阻。 當(dāng)溫度升高或降低t=t-t0時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)， 即 若此時(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變的作用，則工作應(yīng)變片電阻R1又有新的增量R1=R1K，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，

16、此時(shí)電橋輸出電壓為 由上式可知，電橋的輸出電壓Uo僅與被測(cè)試件的應(yīng)變有關(guān)， 而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。 應(yīng)當(dāng)指出，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過(guò)程必須滿足以下4個(gè)條件： 在應(yīng)變片工作過(guò)程中，保證R3=R4 R1和RB兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。 2) 應(yīng)變片的自補(bǔ)償法 這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片(稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片)來(lái)補(bǔ)償?shù)摹８鶕?jù)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理， 可由式（4-37）得出，要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須有 上式表明，

17、當(dāng)被測(cè)試件的線膨脹系數(shù)g已知時(shí)，如果合理選擇敏感柵材料， 即其電阻溫度系數(shù)0、靈敏系數(shù)K0以及線膨脹系數(shù)s，滿足式（4-38），則不論溫度如何變化，均有Rt/R0=0，從而達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?（4-37） （4-38） 4.4 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 4.4.1 直流電橋 1. 直流電橋平衡條件當(dāng)RL時(shí)，電橋輸出電壓為 直流電橋 電阻 電壓（電流）測(cè)量電路當(dāng)電橋平衡時(shí)，Uo=0，則有 R1R4=R2R3或 為電橋平衡條件。 這說(shuō)明欲使電橋平衡， 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等， 或相對(duì)兩臂電阻的乘積應(yīng)相等。 設(shè)橋臂比n=R2/R1，由于R1R1，分母中R1/R1可忽略， 并考慮到平衡條件R2/R

18、1=R4/R3， 則可寫(xiě)為 : 2. 電壓靈敏度R1為應(yīng)變片.當(dāng)受應(yīng)變時(shí)，若應(yīng)變片電阻變化為R，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo0，則電橋不平衡，輸出電壓為 電橋電壓靈敏度定義為 電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓， 供電電壓越高， 電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制，所以要作適當(dāng)選擇； 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 當(dāng)E值確定后，n取何值時(shí)才能使KU最高。 由dKU/dn = 0求KU的最大值，得 求得n=1時(shí)，KU為最大值。這就是說(shuō)，在供橋電壓確定后，當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)，電橋電壓靈敏度最高，此

19、時(shí)有 從上述可知，當(dāng)電源電壓E和電阻相對(duì)變化量R1/R1一定時(shí)， 電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂電阻阻值大小無(wú)關(guān)。 3. 非線性誤差及其補(bǔ)償方法 略去分母中的R1/R1項(xiàng)，電橋輸出電壓與電阻相對(duì)變化成正比的理想情況下得到的。 實(shí)際情況則應(yīng)按下式計(jì)算， 即 與R1/R1的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為 如果是四等臂電橋，R1=R2=R3=R4，即n=1， 則 對(duì)于一般應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，所受應(yīng)變通常在5000以下，若取K=2，則R1/R1，代入式計(jì)算得非線性誤差為0.5%；若K=100，=1000時(shí)，R1/R1，則得到非線性誤差為6%，故當(dāng)非線性誤差不能滿足測(cè)量要求時(shí)，必須予以消除。 全橋差

20、動(dòng)電橋 1.半橋差動(dòng)電路為了減小和克服非線性誤差，常采用差動(dòng)電橋如圖所示， 在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變， 接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動(dòng)電路， 如圖（a）所示。 半橋差動(dòng)電橋 克服非線性誤差方法：該電橋輸出電壓為 若R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得 由式可知，Uo與R1/R1成線性關(guān)系，差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KU=E/2，是單臂工作時(shí)的兩倍，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。 全橋差動(dòng)電橋 2.全橋差動(dòng)電路 若將電橋四臂接入四片應(yīng)變片，如圖(b)所示，即兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變，將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上，構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。 半橋差動(dòng)電橋

21、若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，則 此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線性誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時(shí)的4倍，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。 4.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 4.5.1 應(yīng)變式力傳感器 被測(cè)物理量為荷重或力的應(yīng)變式傳感器時(shí)，統(tǒng)稱為應(yīng)變式力傳感器。其主要用途是作為各種電子稱與材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力元件、 發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試、 水壩壩體承載狀況監(jiān)測(cè)等。 應(yīng)變式力傳感器要求有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，當(dāng)傳感器在受到側(cè)向作用力或力的作用點(diǎn)少量變化時(shí)，不應(yīng)對(duì)輸出有明顯的影響。 物理量應(yīng)變彈性元件應(yīng)變片電阻變化力傳感器的彈性元件有：柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等： 1. 柱式力傳感器有空心（筒形）、

22、實(shí)心（柱形） 在圓筒（柱）上按一定方式粘貼應(yīng)變片，圓柱 （筒）在外力F作用下產(chǎn)生形變，實(shí)心圓柱因外 力作用產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋?柱式傳感器 (a)圓柱; (b)圓筒; (c)外形式中：L為彈性元件的長(zhǎng)度， S為彈性元件的橫截面積 F外力；為應(yīng)力，=F/S； E為彈性模量 （c） 圓柱面展開(kāi)圖說(shuō)明：R1和R3,R2和R4分別串聯(lián),放在相對(duì)臂內(nèi)。當(dāng)一方受拉時(shí),則另一方受壓。由此引起的電阻應(yīng)變計(jì)阻值的變化大小相等符號(hào)相反,從而減小彎矩的影響。R5和R6,R7和R8，橫向粘貼的應(yīng)變計(jì)作為溫度補(bǔ)償片。（d） 橋路連線圖 2.梁式力傳感器 等截面梁： 懸臂梁的橫截面積處處相等，所以稱等截面梁。 當(dāng)外力F作用在梁

23、的自由端時(shí)，固定端產(chǎn)生的應(yīng) 變最大，粘貼在應(yīng)變片處的應(yīng)變?yōu)椋菏街校簂0是梁上應(yīng)變片至自由端距離， b、h 分別為梁的寬度和梁的厚度。 等強(qiáng)度梁： 懸臂梁長(zhǎng)度方向的截面積按一定規(guī)律變化，是一種特殊形式的懸臂梁。 當(dāng)力作用在自由端時(shí)，力距作用點(diǎn)任何截面積上應(yīng)力相等，應(yīng)變片的應(yīng)變大小為： 因?yàn)閼?yīng)變片的應(yīng)變大小與力作用的距離有關(guān)，所以應(yīng)變片應(yīng)貼在距固定端較近的表面，順梁的方向貼上下各貼兩只。 四個(gè)應(yīng)變片組成全橋。上面兩個(gè)受壓時(shí)下面兩個(gè)受拉。 這種傳感器適用于測(cè)量500Kg以下荷重。3. 環(huán)式力傳感器 環(huán)式常用于測(cè)幾十千克以上的大載荷,與柱式相比,它的特點(diǎn)是應(yīng)力分布變化大,且有正有負(fù),便于接成差動(dòng)電橋。(a)為拉力環(huán) (b)為壓力環(huán) 輪轱1、輪圈2、輪輻條3、承壓應(yīng)變計(jì)4、拉伸應(yīng)變計(jì)5輪輻式傳感器(a)結(jié)構(gòu)示意圖; (b)外