3.1電阻應(yīng)變片式傳感器及應(yīng)用

電阻應(yīng)變測量原理，是以電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構(gòu)件的測點(diǎn)上，構(gòu)件受力后由于測點(diǎn)發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)變片也隨之變形而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，再由專用儀器測得應(yīng)變片的電阻變化大小，并轉(zhuǎn)換為測點(diǎn)的應(yīng)變值。3.1電阻應(yīng)變片式傳感器及應(yīng)用電阻應(yīng)變測量原理，是以電阻應(yīng)1導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象，2金屬應(yīng)變片有:絲式和箔式優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小.電阻應(yīng)變片式傳感器及應(yīng)用ppt課件3應(yīng)變效應(yīng)：應(yīng)變效應(yīng)：4電阻應(yīng)變片式傳感器及應(yīng)用ppt課件51、分類

1、分類6應(yīng)變片的材料選擇：1、K應(yīng)盡量的大，并在應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)。2、電阻率要大，使得應(yīng)變片柵狀總長減小3、電阻溫度系數(shù)要小，使得應(yīng)變片受發(fā)熱影響小。4、優(yōu)良加工焊接性能，使應(yīng)變片拉壓自如

應(yīng)變片的材料選擇：7主要特性參數(shù)：

1、靈敏系數(shù)：

表示單位應(yīng)變的電阻相對變化率。

主要特性參數(shù)：1、靈敏系數(shù)：83、初始電阻：自由狀態(tài)下的應(yīng)變片阻值，一般有：60Ω，90Ω,120Ω，200Ω,300Ω,500Ω,1000Ω4、允許電流：流過應(yīng)變片的阻值應(yīng)小于25mA5、其他常數(shù)：如：橫向效應(yīng)，零漂，機(jī)械滯后6、最高使用溫度

3、初始電阻：自由狀態(tài)下的應(yīng)變片阻值，一般有：60Ω，90Ω9所以溫度變化會對應(yīng)變片的測量帶來誤差。解決的辦法就是在測量電路中加入溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

所以溫度變化會對應(yīng)變片的測量帶來誤差。10二、測量電路

應(yīng)變片可以把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為了顯示和記錄應(yīng)變大小，還需要把電阻變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。

由于應(yīng)變信號一般都很微弱，故采用電橋來測量

1、直流電橋不平衡輸出二、測量電路應(yīng)變片可以把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為了顯示和記11測量前應(yīng)使電橋平衡，使Uo=0，即：橋式電路中，四個電阻的任何一個都可以是應(yīng)變片電阻

特點(diǎn)：相鄰相減，相對相加

測量前應(yīng)使電橋平衡，使Uo=0，即：橋式電路中，四個電阻的任12例題1：R1R2R3R4例題1：R1R2R3R413例題2：如圖所示，測量一個懸臂梁受力情況，若測量電路已經(jīng)確定試擺放4個應(yīng)變片的位置R1R2R3R4例題2：如圖所示，測量一個懸臂梁受力情況，若測量電路已經(jīng)確定142、應(yīng)變片電橋的一般組成

1）單臂工作：

2、應(yīng)變片電橋的一般組成1）單臂工作：15以上說明：單臂工作時，輸出電壓與應(yīng)變片電阻變化率之間是近似的線性關(guān)系，實(shí)際上是非線性關(guān)系。這會帶來非線性誤差。

若將輸出電壓的式子用泰勒級數(shù)展開以上說明：單臂工作時，輸出電壓與應(yīng)變片電阻變化率之間是近似的162）雙臂工作（差動半橋）通過上式，說明雙臂工作時，如果差動雙臂應(yīng)變大小一致（極性相反），則不存在（或很小的）非線性誤差，并可起到溫度補(bǔ)償作用。

3）三臂工作（同理）4）四臂工作（同理）

2）雙臂工作（差動半橋）通過上式，說明雙臂工作時，如果差動雙173、其他問題1）電橋的平衡點(diǎn)的調(diào)整自由狀態(tài)下進(jìn)行串聯(lián)并聯(lián)3、其他問題1）電橋的平衡點(diǎn)的調(diào)整自由狀態(tài)下進(jìn)行串聯(lián)并聯(lián)182）溫度補(bǔ)償：采用半橋或全橋3）應(yīng)變自補(bǔ)償2）溫度補(bǔ)償：采用半橋或全橋3）應(yīng)變自補(bǔ)償19四、半導(dǎo)體應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片的缺點(diǎn)是靈敏系數(shù)低（k一般為2.0~3.6），半導(dǎo)體應(yīng)變片k比金屬電阻高約50倍。1、工作原理：（壓阻效應(yīng)）對半導(dǎo)體來說：當(dāng)某一軸向施加一定應(yīng)力，電阻率發(fā)生變化稱為壓阻效應(yīng)，不同類半導(dǎo)體，不同加力方向，壓阻效應(yīng)不一樣。四、半導(dǎo)體應(yīng)變片對半導(dǎo)體來說：當(dāng)某一軸向施加一定應(yīng)力，電阻率20半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度高，K>100可不用放大器，但半導(dǎo)體應(yīng)變片有明顯缺點(diǎn)：阻值，靈敏度等隨溫度變化大，非線性大，所以使用時應(yīng)采取溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償措施。半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度高，K>100可不用放大器，21案例：橋梁固有頻率測量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進(jìn)行激勵，再通過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。電阻應(yīng)變片傳感器應(yīng)用案例：橋梁固有頻率測量原理電阻應(yīng)變片傳感器應(yīng)用22案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。案例：電子稱原理23四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用

電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體。傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；

第二類是將應(yīng)變片貼于被測試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試件的應(yīng)變量。四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類24應(yīng)變式力傳感器

S型力傳感器

FFFF應(yīng)變式力傳感器S型力傳感器FFFF25各種懸臂梁

各種懸臂梁26各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜各種懸臂梁FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜27應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形28應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R429應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF30應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF31荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應(yīng)變片在向下力的作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應(yīng)變片在向下力的32汽車衡測量裝貨量或判斷超載汽車衡測量裝貨量或33汽車衡稱重系統(tǒng)（參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）汽車衡稱重系統(tǒng)（參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）34荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重

荷重傳感器（共3個，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個未拍出）底座墊塊電纜荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重荷重傳感器底座墊塊電纜35電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示電子秤磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示36電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬分之一37人體秤

怎樣改造，才能適合盲人使用？人體秤怎樣改造，才能適合盲人使用？38吊鉤秤

便攜式如何將信號傳送到計(jì)算機(jī)中？吊鉤秤便攜式如何將信號傳送到計(jì)算機(jī)中？39電子秤中的各類彈性元件

電子秤中的各類彈性元件40應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手?jǐn)?shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺栓的裝配扭矩。量程2~500N·m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手?jǐn)?shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、41應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手（續(xù)）應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手（續(xù)）42壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應(yīng)快。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作43壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片44壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號處理電路p壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號45小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口46小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管電纜引出小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備47小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管48汽車子午線輪胎胎壓的測量子午線輪胎汽車胎壓傳感器的安裝汽車子午線輪胎胎壓的測量子午線輪胎汽車胎壓傳感器49投入式液位計(jì)

壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力。硅杯不與液體相通，耐腐蝕。

投入式液位計(jì)壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進(jìn)氣孔用50投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器

與水位成正比的光柱

橡膠背壓管

進(jìn)水孔投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器與水位成正51投入式液位傳感器

投入式液位傳感器必須使用安裝支架，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。投入式液位傳感器投入式液位傳感器必須使用安裝支52電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：±19999με；分辨率：1με；電橋電壓：直流2.5V；

應(yīng)變片：120Ω或其他阻值；測量點(diǎn)數(shù)：8/16點(diǎn)；電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：±1953電阻應(yīng)變儀（續(xù)）

右圖所示的靜動態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：量程：1±10000με頻率范圍：0～150kHz平衡方式：手動精度：0.3%零點(diǎn)飄移和靈敏度變化：

±0.1με/℃

±0.5με/24小時信噪比：52dB（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料）電阻應(yīng)變儀（續(xù)）右圖所示的靜