第2章電阻式傳感器在眾多的傳感器中，有一大類是通過電阻參數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)測量目的的，它們統(tǒng)稱為電阻式傳感器。各種電阻材料受被測量（如位移、應(yīng)變、壓力、光和熱等）作用轉(zhuǎn)換成電阻參數(shù)變化的機(jī)理是各不相同的，因而電阻式傳感器中相應(yīng)有電位計(jì)式、應(yīng)變計(jì)式、壓阻式、磁電阻式、光電阻式和熱電阻式等等。本章主要討論電阻應(yīng)變式和壓阻式傳感器。電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用1.2第2章電阻式傳感器電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性2.22.3測量電路2.4電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器2.52.6電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)壓阻式傳感器2.72.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)一、導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變電阻效應(yīng)”。第2章電阻式傳感器2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)一、導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)（2-1）第2章電阻式傳感器

如圖2.1所示，一根長l，截面積為A的金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，原始電阻值為：圖2.1導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化（2-2）

當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，將伸長dl，橫截面積相應(yīng)減小dA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對(duì)變化量為：

圖2.1導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化第2章電阻式傳感器式中dl/l=ε——

材料的軸向線應(yīng)變，常用單位με(1με=1×10-6m/m);

dA/A——

圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量，設(shè)r為電阻絲的半徑，微分后可得dA=2πrdr，則：第2章電阻式傳感器其中

r——導(dǎo)體的半徑，受拉時(shí)r縮??；

μ——導(dǎo)體材料的泊松比。對(duì)于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，上式中右邊兩項(xiàng)電阻率相對(duì)變化的受力效應(yīng)是不一樣的。對(duì)金屬材料來說，上式中1+2μ的值要比dρ/ρ大得多，顯然，金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主。而半導(dǎo)體材料的dρ/ρ項(xiàng)的值比1+2μ大得多，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)以電阻率變化為主。（2-3）第2章電阻式傳感器可得：C——由一定的材料和加工方式?jīng)Q定的常數(shù)。第2章電阻式傳感器1.金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)

勃底特茲明通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有如下關(guān)系：代入式（2-3），并考慮到實(shí)際上ΔR<<R，故可得（2-4）（2-5）第2章電阻式傳感器1.金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)上式表明：金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。對(duì)金屬或合金,一般Km=1.8～4.8?！饘俚膽?yīng)變靈敏系數(shù)（簡稱靈敏系數(shù)）2.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ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。式中：π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù);σ——半導(dǎo)體材料所受的軸向應(yīng)力;E——半導(dǎo)體材料的彈性模量;ε——半導(dǎo)體材料的應(yīng)變。（2-6）第2章電阻式傳感器將式（2-6）代入式（2-3），并寫成增量的形式，則：（2-7）第2章電阻式傳感器由于πE>>(1+2μ)，因此半導(dǎo)體絲材的Ks≈πE?？梢?，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。通常Ks=(80～100)Km?！雽?dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)（簡稱靈敏系數(shù)）二、電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與類型結(jié)構(gòu)：第2章電阻式傳感器圖2.2典型應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)及組成(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體1—敏感柵2—基底3—引線4—蓋層5—粘結(jié)劑6—電極

結(jié)構(gòu)：(1)敏感柵——實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。通常由直徑為0.015～0.05mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。(2)基底——為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上?；妆仨毢鼙。话銥?.02～0.04mm。(3)引線——起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。

第2章電阻式傳感器(4)蓋層——用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層；起著防潮、防蝕、防損等作用。(5)粘結(jié)劑——制造應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底；使用應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它把應(yīng)變計(jì)基底粘貼在試件表面的被測部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器二、電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與類型類型：1.金屬絲式應(yīng)變片

有回線式和短接式二種?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但橫向效應(yīng)較大。2.金屬箔式應(yīng)變片

利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約0.003～0.01mm的金屬箔片制成所需圖形的敏感柵，也稱為應(yīng)變花。3.半導(dǎo)體應(yīng)變片由單晶半導(dǎo)體經(jīng)切型、切條、光刻腐蝕成形，然后粘貼在薄的絕緣基片，最后再加上保護(hù)層。

但重復(fù)性、溫度及時(shí)間穩(wěn)定性差。

第2章電阻式傳感器二、電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與類型類型：

第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器應(yīng)變計(jì)多為一次性使用，應(yīng)變計(jì)的特性是按規(guī)定的條件，從大批量生產(chǎn)中按比例抽樣實(shí)測而得。第二節(jié)電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性一、靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指應(yīng)變計(jì)感受試件不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)變時(shí)的輸出特性。表征應(yīng)變計(jì)靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有：靈敏系數(shù)（靈敏度指標(biāo)）、機(jī)械滯后（滯后指標(biāo)）、蠕變（穩(wěn)定性指標(biāo)）、應(yīng)變極限（測量范圍）等。第2章電阻式傳感器1.靈敏系數(shù)（K）當(dāng)具有初始電阻值R的應(yīng)變計(jì)粘貼于試件表面時(shí)，試件受力引起的表面應(yīng)變將傳遞給應(yīng)變計(jì)的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對(duì)變化ΔR/R。——應(yīng)變計(jì)軸向應(yīng)變。必須指出，應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K并不等于其敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)K0，一般情況下，K<K0，這是因?yàn)?，在單向?yīng)力產(chǎn)生雙向應(yīng)變的情況下，K除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。（2-9）第2章電阻式傳感器2.橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)H

由于傳感器是多線的，線與線之間連接部分不在測量方向上，引起橫向效應(yīng)。當(dāng)試件承受單向應(yīng)力σ時(shí)，存在即軸向拉伸εx和橫向收縮εy，粘貼在試件表面上的應(yīng)變計(jì)，其縱柵和橫柵各自主要分別敏感εx和εy。（2-10）第2章電阻式傳感器標(biāo)定情況下：

a=-μ0可見，橫向效應(yīng)使傳感器的靈敏度系數(shù)下降。非標(biāo)定情況下：相對(duì)誤差為：可見，要減小誤差，必須使H減小。對(duì)橫向效應(yīng)分析結(jié)果的應(yīng)用結(jié)果之一是箔式應(yīng)變計(jì)另外，應(yīng)變計(jì)的長度要長、橫柵要小。第2章電阻式傳感器3.機(jī)械滯后原因：基底材料、粘結(jié)劑的材料，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，這種不重合性又稱作機(jī)械滯后。通常要求：指示值實(shí)際值第2章電阻式傳感器4、零漂和蠕變即：即：零漂：在溫度保持恒定，試件沒有機(jī)械變形，應(yīng)變片的指示值（應(yīng)變）隨時(shí)間逐漸變化。,蠕變：在溫度保持恒定，應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，應(yīng)變片的指示值（應(yīng)變）隨時(shí)間逐漸變化。,原因：存在內(nèi)應(yīng)力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、黏合劑受潮。原因：絕緣電阻底、產(chǎn)生熱電勢等。第2章電阻式傳感器5.應(yīng)變極限應(yīng)變計(jì)的線性范圍，是衡量應(yīng)變計(jì)測量范圍和過載能力的指標(biāo)，一般＞8000με第2章電阻式傳感器二、動(dòng)態(tài)特性

機(jī)械應(yīng)變以聲波的形式和速度在材料中傳播，當(dāng)它依次通過一定厚度的基底、膠層并引起應(yīng)變計(jì)的響應(yīng)時(shí)，會(huì)有時(shí)間的遲后。應(yīng)變計(jì)的這種響應(yīng)遲后對(duì)動(dòng)態(tài)(高頻)應(yīng)變測量，就會(huì)產(chǎn)生誤差。

應(yīng)變計(jì)的動(dòng)態(tài)特性就是指其感受隨時(shí)間變化的應(yīng)變時(shí)之響應(yīng)特性。第2章電阻式傳感器二、動(dòng)態(tài)特性1.對(duì)正弦信號(hào)的響應(yīng)下圖表示一頻率為f，幅值為ε0的正弦波，以速度v沿著應(yīng)變計(jì)縱向x方向傳播時(shí)，在某一瞬時(shí)t的分布圖。應(yīng)變計(jì)中點(diǎn)xt的瞬時(shí)應(yīng)變?yōu)榈?章電阻式傳感器而柵長l范圍〔xt±（l/2）〕內(nèi)的平均應(yīng)變?yōu)橄鄬?duì)誤差為：上式表明，當(dāng)頻率增加時(shí)，誤差增大,因此應(yīng)使：

或2.對(duì)階躍應(yīng)變波的響應(yīng)階躍應(yīng)變應(yīng)變柵長度應(yīng)變波傳播速度上升時(shí)間實(shí)際響應(yīng)曲線第2章電阻式傳感器一、溫度效應(yīng)及其熱輸出

應(yīng)用應(yīng)變計(jì)時(shí)，工作溫度的變化會(huì)影響輸出，這種單純由溫度變化引起應(yīng)變計(jì)電阻變化的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)。在常溫下這種溫度效應(yīng)主要是溫度變化對(duì)敏感柵影響的結(jié)果。設(shè)工作溫度變化為Δt℃，則引起粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)電阻的相對(duì)變化為:

式中α

t——敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)；

K——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；

βs、βt——分別為試件和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)。（2-7）

第2章電阻式傳感器第三節(jié)電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時(shí)，這種熱輸出干擾必須加以補(bǔ)償。（2-8）

第2章電阻式傳感器相對(duì)的熱輸出為:一試件為鋼材，電阻絲為康銅絲，

βt=15×10-6/℃,βs

=11×10-6/℃，在Δt=1℃時(shí)，,K=2，求電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)誤差εt

。溫度變化造成的應(yīng)變計(jì)電阻相對(duì)誤差為：例第2章電阻式傳感器應(yīng)變誤差：1、溫度自補(bǔ)償法

精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償。

(1)單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

欲使熱輸出εt=0，只要滿足條件：（2-9）

第2章電阻式傳感器二、熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出補(bǔ)償常采用溫度自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法。在研制和選用應(yīng)變計(jì)時(shí)，若選擇敏感柵的合金材料，其αt

、βt能與試件材料的βs相匹配，即滿足ε

t

=0

，達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?、溫度自補(bǔ)償法(2)雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

敏感柵由電阻溫度系數(shù)一正一負(fù)的兩種合金絲串接而成。當(dāng)工作溫度變化時(shí)，若Ra柵產(chǎn)生正的熱輸出εa與Rb柵產(chǎn)生負(fù)的熱輸出εb相等或相近，就可達(dá)到自補(bǔ)償?shù)哪康?，?（2-10）

圖2.2（a）回線式（b）短接式第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器2、橋路補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法就是利用電橋的和、差原理來達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。?）雙絲半橋式圖2.3雙絲半橋式熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)敏感柵由同符號(hào)電阻溫度系數(shù)的兩種合金絲串接而成，工作柵R1接入工作臂，補(bǔ)償柵R2外接串接電阻RB(不敏感溫度影響)接入補(bǔ)償臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要電橋工作臂和補(bǔ)償臂的熱輸出相等或相近，就能達(dá)到熱補(bǔ)償目的。=（2-11）

第2章電阻式傳感器而外接補(bǔ)償電阻為這種熱補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)：通過調(diào)整RB值，不僅可使熱補(bǔ)償達(dá)到最佳狀態(tài)，而且還適用于不同線膨脹系數(shù)的試件。缺點(diǎn)：是對(duì)RB的精度要求高，而且當(dāng)有應(yīng)變時(shí)，補(bǔ)償柵同樣起著抵消工作柵有效應(yīng)變的作用，使應(yīng)變計(jì)輸出靈敏度降低。2、橋路補(bǔ)償法（2）補(bǔ)償塊法

圖2.4補(bǔ)償塊半橋熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)

使用兩個(gè)相同的應(yīng)變計(jì)。R1貼在試件上，接入電橋工作臂，R2貼在與試件同材料、同環(huán)境溫度，但不參與機(jī)械應(yīng)變的補(bǔ)償塊上，接入電橋相鄰臂作補(bǔ)償臂，補(bǔ)償臂產(chǎn)生與工作臂相同的熱輸出，通過電橋，起到補(bǔ)償作用。

第2章電阻式傳感器2、橋路補(bǔ)償法（3）差動(dòng)電橋法巧妙地安裝應(yīng)變片可以起補(bǔ)償作用并提高靈敏度。

將兩個(gè)應(yīng)變片分別貼于測懸梁上下對(duì)稱位置，R1、RB特性相同，所以兩電阻變化值相同而符號(hào)相反。因而電橋輸出電壓比單片時(shí)增加1倍。當(dāng)梁上下溫度一致時(shí)，RB與R1可起溫度補(bǔ)償作用。圖2.5差動(dòng)電橋法第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器一、應(yīng)變計(jì)的選用選擇類型

類別（金屬、半導(dǎo)體），結(jié)構(gòu)（線繞式、短接式、箔式等）選擇材料

選用合適的敏感柵和基底材料的應(yīng)變計(jì)。選擇阻值如配用電阻應(yīng)變儀，常選用120Ω，為提高靈敏度，常采用較高的供橋電壓和較小的工作電流，則選用=350Ω、500Ω、1000Ω。尺寸選擇其他考慮第四節(jié)電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用二、應(yīng)變計(jì)的使用（1）粘結(jié)劑的選擇通常在室溫工作的應(yīng)變片多采用常溫、指壓固化條件的粘結(jié)劑如聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂類。（2）應(yīng)變計(jì)的粘貼①準(zhǔn)備——試件和應(yīng)變片；②涂膠；③貼片；④復(fù)查；⑤接線；⑥防護(hù)。第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器第五節(jié)測量電路一、應(yīng)變電橋電阻應(yīng)變計(jì)把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成ΔR/R后，由于應(yīng)變量及其應(yīng)變電阻變化一般都很微小，既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用測量電路或?qū)Ｓ脙x器——電阻應(yīng)變儀，把應(yīng)變計(jì)的ΔR/R轉(zhuǎn)換成可用的電壓或電流輸出。第2章電阻式傳感器第五節(jié)測量電路1.電阻應(yīng)變儀工作原理第2章電阻式傳感器應(yīng)變電橋分類直流電橋與交流電橋直流電橋只接入電阻交流電橋可接入LC平衡電橋與不平衡電橋等臂與半等臂輸出端對(duì)稱與電源對(duì)稱2.應(yīng)變電橋廣泛應(yīng)用于電阻應(yīng)變計(jì)的測量電路為應(yīng)變電橋，因其靈敏度高、精度高、測量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)鹊奶攸c(diǎn)而能很好地滿足應(yīng)變測量的要求。第2章電阻式傳感器二、直流電橋及其輸出特性電橋平衡的條件：電壓輸出橋的輸出特性

輸出電壓：第2章電阻式傳感器分子分母同除以R1R3,令橋臂比R2/R1=n，并略去高階微量得：代入ΔR：如果為全等臂電橋，則：第2章電阻式傳感器考慮到ΔRi<<Ri，則可簡寫為：如果只有一個(gè)臂工作，如R1，則：因此，單臂電橋的電壓靈敏度為：

第2章電阻式傳感器和差特性非線性特性從上述各式可看出，只有ΔR很小時(shí)，橋路的輸出才為線性。非線性誤差為：第2章電阻式傳感器非線性補(bǔ)償1.差動(dòng)電橋補(bǔ)償差動(dòng)電橋法就是利用電橋輸出特性中呈現(xiàn)的相對(duì)臂與相鄰臂之“和”、“差”特征，通過應(yīng)變計(jì)的合理布片與接橋來達(dá)到補(bǔ)償目的。2.采用恒流源由進(jìn)一步分析表明，應(yīng)變電橋非線性誤差的成因主要由于應(yīng)變電阻ΔRi的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可望減小非線性誤差。第2章電阻式傳感器非線性補(bǔ)償1.差動(dòng)電橋補(bǔ)償差動(dòng)電橋法就是利用電橋輸出特性中呈現(xiàn)的相對(duì)臂與相鄰臂之“和”、“差”特征，通過應(yīng)變計(jì)的合理布片與接橋來達(dá)到補(bǔ)償目的。如圖所示，使接入電橋的相對(duì)臂應(yīng)變計(jì)受拉相鄰臂應(yīng)變計(jì)受壓在全等臂條件下，得可見四臂差動(dòng)工作不僅消除了非線性誤差，而且輸出比單臂工作提高了4倍。例題：

一.原理和特點(diǎn)

電阻應(yīng)變計(jì)有兩方面的應(yīng)用：一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應(yīng)變測量；另一是作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性元件構(gòu)成傳感器，用以對(duì)任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其它物理量作簡接測量。第2章電阻式傳感器第六節(jié)電阻應(yīng)變計(jì)式傳感器用作傳感器的應(yīng)變計(jì)，應(yīng)有更高的要求，尤其非線性誤差要小(＜0.05%～0.1%F.S.)，力學(xué)性能參數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。應(yīng)變計(jì)式傳感器有如下應(yīng)用特點(diǎn)：(1)應(yīng)用和測量范圍廣。用應(yīng)變計(jì)可制成各種機(jī)械量傳感器，如測力傳感器可測10－2～107N，壓力傳感器可測103～108Pa，加速度傳感器可測到103級(jí)m/s2。

第2章電阻式傳感器

(2)分辨力(1με)和靈敏度高，尤其是用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，靈敏度可達(dá)幾十mV/V；精度較高(一般達(dá)1%～3%F.S.，高精度達(dá)0.1%～0.01%F.S.)。(3)結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響?。粚?duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)施對(duì)環(huán)境干擾的隔離或補(bǔ)償，從而可以在高低溫、高壓、高速、強(qiáng)磁場、核幅射等特殊環(huán)境中使用；頻率響應(yīng)好。第2章電阻式傳感器(4)商品化，選用和使用都方便，也便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測量。因此，目前傳感器的種類雖已繁多，但高精度的傳感器仍以應(yīng)變計(jì)式應(yīng)用最普遍。它廣泛用機(jī)械、冶金、石油、建筑、交通、水利和宇航等部門的自動(dòng)測量與控制或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中；近年來在生物、醫(yī)學(xué)、體育和商業(yè)等部門亦已得到開發(fā)應(yīng)用。第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器二.應(yīng)變計(jì)式傳感器

1.測力傳感器

應(yīng)變計(jì)式傳感器的最大用武之地還是稱重和測力領(lǐng)域。這種測力傳感器的結(jié)構(gòu)由應(yīng)變計(jì)、彈性元件和一些附件所組成。視彈性元件結(jié)構(gòu)型式(如柱形、筒形、環(huán)形、梁式、輪幅式等)和受載性質(zhì)(如拉、壓、彎曲和剪切等)的不同，它們有許多種類。第2章電阻式傳感器2.壓力傳感器

壓力傳感器主要用來測量流體的壓力。視其彈性體的結(jié)構(gòu)形式有單一式和組合式之分。單一式壓力傳感器是指應(yīng)變計(jì)直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。第2章電阻式傳感器

圖為筒式應(yīng)變壓力傳感器。圖中(a)為結(jié)構(gòu)示意；(b)為材料取E和μ的厚底應(yīng)變筒；(c)為4片應(yīng)變計(jì)布片,工作應(yīng)變計(jì)R1、R3沿筒外壁周向粘貼，溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)R2、R4貼在筒底外壁，并接成全橋。當(dāng)應(yīng)變筒內(nèi)壁感受壓力P時(shí)，筒外壁的周向應(yīng)變?yōu)椋?—插座；2—基體；3—溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)；4—工作應(yīng)變計(jì)；5—應(yīng)變筒

對(duì)厚壁筒

(2-39)

第2章電阻式傳感器

對(duì)薄壁筒

(2-40)

組合式壓力傳感器則由受壓彈性元件(膜片、膜盒或波紋管)和應(yīng)變彈性元件(如各種梁)組合而成。前者承受壓力，后者粘貼應(yīng)變計(jì)。兩者之間通過傳力件傳遞壓力作用。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是受壓彈性元件能對(duì)流體高溫、腐蝕等影響起到隔離作用，使應(yīng)變計(jì)具有良好的工作環(huán)境。第2章電阻式傳感器第2章電阻式傳感器圖2-25為非粘貼型應(yīng)變壓力傳感器，它的彈性體由彈性膜片和十字叉梁組合而成。應(yīng)變計(jì)即為繞在絕緣（寶石）柱上的上下兩組電阻絲，并施以一定的預(yù)緊力。當(dāng)彈性元件變形時(shí)，上下電阻絲隨之有差動(dòng)變形和輸出。非粘貼型應(yīng)變計(jì)無需基底和粘結(jié)劑，因此這種傳感器滯后和蠕變極微，分辨力極高。缺點(diǎn)是制造復(fù)雜。3.位移傳感器應(yīng)變式位移傳感器是把被測位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形和應(yīng)變，然后通過應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變電橋，輸出正比于被測位移的電量。它可用來近測或遠(yuǎn)測靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的位移量。因此，既要求彈性元件剛度小，對(duì)被測對(duì)象的影響反力小，又要求系統(tǒng)的固有頻率高，動(dòng)態(tài)頻響特性好。第2章電阻式傳感器圖2.23為國產(chǎn)YW系列應(yīng)變式位移傳感器結(jié)構(gòu)。這種傳感器由于采用了懸臂梁-螺旋彈簧串聯(lián)的組合結(jié)構(gòu)，因此它適用于較大位移(量程＞10～100mm)的測量。第2章電阻式傳感器圖2.23YW型應(yīng)變式位移傳感器(a)傳感器結(jié)構(gòu)；(b)工作原理

1—測量頭；2—彈性元件；3—彈簧；4—外殼；5—測量桿；6—調(diào)整螺母；7—應(yīng)變計(jì)

4.其他應(yīng)變式傳感器利用應(yīng)變計(jì)除可構(gòu)成上述主要應(yīng)用傳感器外，還可構(gòu)成其他應(yīng)變式傳感器，如通過質(zhì)量塊與彈性元件的作用，可將被測加速度轉(zhuǎn)換成彈性應(yīng)變，從而構(gòu)成應(yīng)變式加速度傳感器。如通過彈性元件和扭矩應(yīng)變計(jì)，可構(gòu)成應(yīng)變式扭矩傳感器，等等。應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是彈性體型式的選擇與計(jì)算，應(yīng)變計(jì)的合理布片與接橋。第2章電阻式傳感器應(yīng)變式加速度傳感器

一、壓阻效應(yīng)對(duì)于金屬很小故而對(duì)半導(dǎo)體材料