第2章电阻式传感器

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1、总课时：8 学时讲授：6 学时实验：2 学时 电位计式：电位计式：应变式：应变式：物理量变化物理量变化电阻变化电阻变化传感元件传感元件属于大电阻变化型，属于大电阻变化型，R：0R传传物理量变化物理量变化变形变形（应力、应变）（应力、应变）敏感元件敏感元件属于微电阻变化型，属于微电阻变化型，R：020%R传传传感元件传感元件电阻变化电阻变化 1、定义：、定义：电阻式传感器是将非电量电阻式传感器是将非电量(如力、位移、如力、位移、形变、速度和加速度等形变、速度和加速度等)的变化量变换成与之成一的变化量变换成与之成一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达

2、到对上述非电量测量的目的。到对上述非电量测量的目的。2、分类、分类2.1、线绕式电位器传感器、线绕式电位器传感器:1 1、线绕电位器结构和工作原理：、线绕电位器结构和工作原理：线绕电位器式传感器的工作原理，可由线绕电位器式传感器的工作原理，可由图图21来说明。若线绕电位器的绕线截面积均匀，则来说明。若线绕电位器的绕线截面积均匀，则R变变化均匀化均匀(线性线性)。图。图21中的为工作电压中的为工作电压 ，为负为负载电阻两端的输出电压，载电阻两端的输出电压，x为线绕电位器电刷移动为线绕电位器电刷移动的长度、的长度、L为其总长度，对应于电刷移动量为其总长度，对应于电刷移动量x的电的电阻值为阻值为 。

3、iUiU0UxRLRXxRlU iIR LabcR lU 0 x R xU i图图2-1绕线式绕线式工作原理图工作原理图 若电位器为空载若电位器为空载()时，根据分压原理得：时，根据分压原理得：LR 0 xiRUUR而对应的电阻变化为而对应的电阻变化为：xRxRlxRxRR S xl（2-1）（2-2）将式（将式（2-2）代入式（）代入式（2-1）得）得：0iVxUUS xL（2-3）式中：式中：、分别为线绕的电阻和带电压灵敏度，它分别为线绕的电阻和带电压灵敏度，它们分别表明电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出们分别表明电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的变化量。电压的变化量。、均为常数

4、。上述分析表明改变均为常数。上述分析表明改变测量电阻值所引起输出电压的的变化为线性变化。测量电阻值所引起输出电压的的变化为线性变化。图图21表示了表示了电位器的工作原理：电位器的工作原理：电刷相对于电阻阻电刷相对于电阻阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。它除了用于的电阻或电压输出。它除了用于线位移线位移和和角位移角位移测量测量外，还用于测量外，还用于测量压力压力、加速度加速度等物理量。等物理量。RSVSRSVS优点：优点：电位器

5、式传感器结构简单，价格低廉，性能稳电位器式传感器结构简单，价格低廉，性能稳定，对环境条件要求不高，输出信号大，并易实现函定，对环境条件要求不高，输出信号大，并易实现函数关系的转换。数关系的转换。缺点：缺点：但由于存在摩擦和分辨率有限，但由于存在摩擦和分辨率有限，一般精度不够高，动态响应较差，适合于测量变化较一般精度不够高，动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。分辨率低、耐磨性差、寿命较短等。因此缓慢的量。分辨率低、耐磨性差、寿命较短等。因此人们研制了一些性能优良的非线绕式电位器。人们研制了一些性能优良的非线绕式电位器。每课一新传感器介绍每课一新传感器介绍 近日，西门子的科研工作者们成功研制出

6、一种近日，西门子的科研工作者们成功研制出一种全新构造的微型芯片传感器，它可以辨别气体与其全新构造的微型芯片传感器，它可以辨别气体与其味道味道。据称，此种微型芯片将被应用与多种领域，例如据称，此种微型芯片将被应用与多种领域，例如检测空气中臭氧含量，监测火灾以及气体泄漏。检测空气中臭氧含量，监测火灾以及气体泄漏。此款芯片拥有体积小，成本低以及超低功耗等诸此款芯片拥有体积小，成本低以及超低功耗等诸多优点，可以在多优点，可以在100毫瓦至毫瓦至1毫瓦功率下保持运作。相毫瓦功率下保持运作。相信不久以后，此款芯片将嵌入多种便携设备为我们提信不久以后，此款芯片将嵌入多种便携设备为我们提供周到保护。供周到保护

7、。碳膜电位器：碳膜电位器：是在绝缘骨架表面上喷涂一层均匀的电阻液经是在绝缘骨架表面上喷涂一层均匀的电阻液经烘干聚合后而制成电阻膜。烘干聚合后而制成电阻膜。金属膜电位器金属膜电位器 是在玻璃或胶木基体上，用高温蒸镀或电镀方是在玻璃或胶木基体上，用高温蒸镀或电镀方法，涂覆一层金属膜而制成。用于制作金属膜的合法，涂覆一层金属膜而制成。用于制作金属膜的合金为锗铑、铂铜、铂铑、铂铑锰等。金为锗铑、铂铜、铂铑、铂铑锰等。2.2非线绕式电位器非线绕式电位器 1、膜式电位器：膜式电位器：膜式电位器通常有两种：一种是膜式电位器通常有两种：一种是碳膜电位器碳膜电位器另一种另一种为为金属膜电位器金属膜电位器。2、导

8、电塑料电位器：、导电塑料电位器：这种电位器由塑料粉及导电材料粉这种电位器由塑料粉及导电材料粉(合金、石墨、合金、石墨、碳黑等碳黑等)压制而成、它又被称为压制而成、它又被称为实心电位器实心电位器。其优点是。其优点是耐磨性较好、寿命较长、电刷允许的接触压力较大耐磨性较好、寿命较长、电刷允许的接触压力较大(几几十至几百克十至几百克)3、光电电位器：、光电电位器：上述几种电位器均是上述几种电位器均是接触式电位器接触式电位器，共同的缺点共同的缺点是是耐磨性较差、寿命较短，接触电阻对输出影响较大。耐磨性较差、寿命较短，接触电阻对输出影响较大。光电电位器是一种光电电位器是一种非接触式电位器非接触式电位器，它

9、克服了了上述，它克服了了上述几种电位器的缺点。其结构如图几种电位器的缺点。其结构如图2-2所示。所示。E12345Rb1 1、光电导层、光电导层 2、基体、基体 3、薄膜电阻带、薄膜电阻带 、4、电刷的窄光束、电刷的窄光束 5、导电电极导电电极 图图2-2 光电式电位器结构原理图光电式电位器结构原理图 光电式电位器结构原理：光电式电位器结构原理：其工作原理：其工作原理：在当在当电刷的窄光束电刷的窄光束4照射在此间隙上时，就相当于照射在此间隙上时，就相当于把把电阻带电阻带3和和导电电极导电电极5接通，在外电源接通，在外电源E的作用下，负的作用下，负载电阻载电阻Rb上便有电压输出；而在无光束照射时

10、，因其上便有电压输出；而在无光束照射时，因其暗电阻极大可视为电阻带与导电电极之间断路，这样暗电阻极大可视为电阻带与导电电极之间断路，这样V输出电压随着光束位置移动而变化输出电压随着光束位置移动而变化。光电电位器优缺点光电电位器优缺点：耐磨性好：耐磨性好,精度、分辨率高，寿命、精度、分辨率高，寿命、可靠性好，阻值范围宽可靠性好，阻值范围宽(5000一一15M欧姆欧姆)等等；但是其等等；但是其结构较复杂，工作温度的范围比较窄结构较复杂，工作温度的范围比较窄(150)，输出，输出电流小，输出阻抗较高。电流小，输出阻抗较高。3、应变、应变电阻式传感器电阻式传感器 3.1 应变应变电阻式传感器概论电阻式

11、传感器概论 应变式电阻传感器是目前用于应变式电阻传感器是目前用于测量力测量力、力矩力矩、压力压力、加速度加速度、重量重量等参数最广泛的传感器之一。等参数最广泛的传感器之一。它具有悠久的历史，但新型应变片仍在不断出现，它具有悠久的历史，但新型应变片仍在不断出现，它是利用它是利用应变效应应变效应制造的一种测量微小变化量制造的一种测量微小变化量(机械机械)的理想传感器。的理想传感器。虽然新型传感器不断出现、为检测技术开拓了新虽然新型传感器不断出现、为检测技术开拓了新的领域。但是，由于电阻应变测试技术具有以下独的领域。但是，由于电阻应变测试技术具有以下独特优点，可以预见在今后它仍将是一种主要的测试特优

12、点，可以预见在今后它仍将是一种主要的测试手段。手段。应变电阻式传感器优缺点：应变电阻式传感器优缺点：(1)结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远远 距测量和遥测；距测量和遥测；(3)灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4)可以测量多种物理量。可以测量多种物理量。它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、化工、建筑化工、建筑 等领域。等领域。3.2 应变应变电阻式传感器结构原理电阻

13、式传感器结构原理一、一、应变效应应变效应：导体、导体、半导体半导体 外力外力产生机械产生机械变形变形电阻变化电阻变化这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应应变效应。因为导体和半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸因为导体和半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸(其其L为长度，为长度，A为截面积为截面积)有关，当导体或半导体在受外力作有关，当导体或半导体在受外力作用时，这三者都会发生变化所以会引起电阻的变化。用时，这三者都会发生变化所以会引起电阻的变化。通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。LRA为什么会产

14、生应变效应？为什么会产生应变效应？二、二、基本结构：基本结构：电阻应变片种类繁多、但其基本结构大体相似，电阻应变片种类繁多、但其基本结构大体相似，现以金属丝绕式应变片结构为例加以说明。现以金属丝绕式应变片结构为例加以说明。图图2-3三、敏感系数及测量原理：三、敏感系数及测量原理：所谓应变片的所谓应变片的灵敏系数灵敏系数就是单位应变所能引起的电就是单位应变所能引起的电阻的相对变化。阻的相对变化。下面研究对灵敏系数的影响因素。金属下面研究对灵敏系数的影响因素。金属导体的电阻导体的电阻R为：为：LR=A 如果对电阻丝长度作用均匀应力、则如果对电阻丝长度作用均匀应力、则 、L，A的的变化变化(、)将引

15、起电阻的变化。可通过上式将引起电阻的变化。可通过上式的全微分求得：的全微分求得：ddL dA2LLdRddLdAAAA相对变化量为相对变化量为：dRddLdARLA（2-1）（2-3）（2-2）若电阻丝是圆形的，则若电阻丝是圆形的，则 2Ar222dArdrdrArr则有：则有：令令 为金属丝的轴向应变，为金属丝的轴向应变，为金属丝径为金属丝径向应变。当金属丝受拉力时沿铀向伸长，沿径向向应变。当金属丝受拉力时沿铀向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为：缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为：其中表示金属材料的泊松系数。其中表示金属材料的泊松系数。把把 、代入公式代入公式(

16、2-3)(2-3)得到：得到：xdLLydrryx xdLLydrr（2-4）(12)xdRdR（2-5）(1 2)SxxddRRK 将式（将式（2-5）变形得：）变形得：称为称为应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数其其物理意义是单位应变物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化所引起的电阻相对变化。灵敏系数受两个因素影响，。灵敏系数受两个因素影响，一个是受力后材料几何尺寸的变化，即一个是受力后材料几何尺寸的变化，即 ，另，另一个是受力后材料的电阻率发生的变化即一个是受力后材料的电阻率发生的变化即：对于确定的材料对于确定的材料 是常数，其数值约在是常数，其数值约在12之间。之间。实验证明实验证明 也是

17、常数。则也是常数。则 表示金属表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变电阻丝的电阻相对变化与轴向应变 成正比关系。成正比关系。SK12xd12xdSxd RKRx应变电阻传感测量原理应变电阻传感测量原理应变片应变片产生微小变形产生微小变形电阻值变化电阻值变化RSxd RKR测得应变值测得应变值求得应力值求得应力值xxE外力外力FFA 3.3 电阻应变片测量电路电阻应变片测量电路 由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来，同时微小电阻值的变化测量出来，同时要把电阻相对变要把电阻相对变化等转换为电压或电流的变化化等转换为电压或电流的

18、变化，因此，需要设计专，因此，需要设计专用的测量电路。用的测量电路。用于测量应变变化而引起的电阻变化的电桥电路通用于测量应变变化而引起的电阻变化的电桥电路通常有常有直流电桥直流电桥和和交流电桥交流电桥两种。电两种。电桥电路的主要指桥电路的主要指标是标是桥路灵敏度桥路灵敏度、非线性非线性和和负载持性负载持性。下面具体讨。下面具体讨论有关电路和这几项指标论有关电路和这几项指标。一、直流电桥基本形式及一、直流电桥基本形式及平衡条件平衡条件 电流电桥的基本形式如图电流电桥的基本形式如图24所示。所示。R1，R2、R3，R4称为电桥的桥臂，认为称为电桥的桥臂，认为 为其负载为其负载.LR图图2-4R1R

19、2R3R4RLU0IEABCD当当 时，电桥的输出电压应为时，电桥的输出电压应为：LR 013()1234RRUERRRR当电桥平衡时，当电桥平衡时，00U 由上式可得到：由上式可得到：1 42 3R RR R1324RRRR或或称为直流电桥平衡条件。平衡电桥称为直流电桥平衡条件。平衡电桥就是桥路中相邻两臂阻值之比应相等，桥路相邻两就是桥路中相邻两臂阻值之比应相等，桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为0。二、电压灵敏度：二、电压灵敏度：如果在如果在实际测量实际测量中使中使第一桥臂第一桥臂R1由应变片由应变片来替代，来替代，微小应变引起微小电

20、阻的变化电桥则输出不平衡电压微小应变引起微小电阻的变化电桥则输出不平衡电压的微小变化。当受应变时，若应变片电阻变化为的微小变化。当受应变时，若应变片电阻变化为 ，其他桥臂固定不变，则电桥输出电压其他桥臂固定不变，则电桥输出电压 。下面试。下面试求不平衡电桥输出的电压值求不平衡电桥输出的电压值 1R00U 0U0R4 R1()()R1+R1R3R1R4R3R1U=E(-)=E=ER1 R2R4R1+R1+R2 R3+R4(R1+R1+R2)(R3+R4)(1+)(1+)R1R1R3设桥臂比设桥臂比 ,由于由于 可忽略，并由起始平衡可忽略，并由起始平衡条件条件 从而可以近似得到从而可以近似得到 电

21、桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为:21RnR111,1RRRR2413RRnRR021(1)1nRUEnR021(1)1VUnSERnR每课一新传感器介绍每课一新传感器介绍美研制美研制“武士武士”传感器传感器美国陆军正在研制一种可嵌入未来美国陆军正在研制一种可嵌入未来“武士武士”军军服内的传感器系统，指挥官和医护人员可通过这个服内的传感器系统，指挥官和医护人员可通过这个系统监测系统监测“武士武士”们的生理状态。该项研究将产生们的生理状态。该项研究将产生下一代战斗军服，内嵌有可配置的微型无线传感器下一代战斗军服，内嵌有可配置的微型无线传感器群。目前的试验传感器可监测心跳、步行（行军）群。目

22、前的试验传感器可监测心跳、步行（行军）的代谢能量消耗、内层皮肤温度以及灵敏或迟钝情的代谢能量消耗、内层皮肤温度以及灵敏或迟钝情况。未来的传感器将把数据传送到一个中央集线器况。未来的传感器将把数据传送到一个中央集线器设备，该设备做成呼机大小，佩带在士兵皮带上，设备，该设备做成呼机大小，佩带在士兵皮带上，形成一个低功率的无线个人局域网。传感器的数据形成一个低功率的无线个人局域网。传感器的数据提供关于士兵体力消耗、生理压力和警觉程度等的提供关于士兵体力消耗、生理压力和警觉程度等的信息。信息。1、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E，供桥电压，供桥电压E愈高、电桥电压灵敏

23、度愈高、但是供桥电压愈高、电桥电压灵敏度愈高、但是供桥电压E的提高，的提高，受到应变片允许功耗的限制，所以一般供桥电压受到应变片允许功耗的限制，所以一般供桥电压E应适应适当选择。当选择。2、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的函数，因此必须的函数，因此必须恰当地选样桥臂比恰当地选样桥臂比n的值的值。保证电桥具有较高的电压灵。保证电桥具有较高的电压灵敏度。下面分析当供桥电压敏度。下面分析当供桥电压E确定后，确定后，n应取何值电应取何值电桥电压灵敏度才最高。桥电压灵敏度才最高。三、提高电桥电压灵敏度的措施：三、提高电桥电压灵敏度的措施：021(1)1VUnSERnR 由由

24、 来求来求 的最大值，的最大值，由此得求由此得求得得n=1时，时，为最大。这就是说，在供桥电压确定后，为最大。这就是说，在供桥电压确定后，R1=R2，R3=R4时，电桥的电压灵敏度最高。时，电桥的电压灵敏度最高。由上面由上面式子可知，当电源电压式子可知，当电源电压E和电阻相对变化一定时，电和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂阻值桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂阻值大小无关。大小无关。0VSnVS2410(1)VSnnnVS四、非线性误差：四、非线性误差：111,1RRRR在上面分析中，都是假定应变片的参数变化很小，在上面分析中，都是假定应变片的参数变化很

25、小，而且可忽略掉，这是而且可忽略掉，这是一一种理想情况。种理想情况。0113()112341 4(112)(34)41()()31124(1)(1)113RRRUERRRRRR RERRRRRRRRRERRRRRR实际情况是要考虑应变电阻微小的变化按下面的实际情况是要考虑应变电阻微小的变化按下面的公式计算公式计算：上式的输出电压上式的输出电压 与与 的关系是非线性的。实际的关系是非线性的。实际的的非线性特性曲线非线性特性曲线与与理想的线性曲线理想的线性曲线的偏差称为的偏差称为绝对绝对非线性误差。非线性误差。0U11RR下面计算非线性误差。经过计算非线性误差：下面计算非线性误差。经过计算非线性误

26、差：0001112111RUURrRRURR下面我们通过讨论来看看非线性误差的影响：下面我们通过讨论来看看非线性误差的影响：（1）当灵敏系数较小时：）当灵敏系数较小时：对于一般的应变片所受应变对于一般的应变片所受应变 通常在通常在5000 以以下，若取灵敏系数为下，若取灵敏系数为2，则：则：6212 5000 10100.011SRKR则相对非线性误差为：则相对非线性误差为：10.0110.0050.5%122.01111RRrRRRR（2）但当灵敏系数较大时，电阻相对变化较大的情况但当灵敏系数较大时，电阻相对变化较大的情况：例如半导体应变片，例如半导体应变片，为为130，当承受应变为，当承受

27、应变为1000 时，时，SK61130 1000 100.131SRKR代入代入：0001112111RUURrRRURR 得到非线性误差达到得到非线性误差达到6%，所以对半导体应变片的，所以对半导体应变片的测量电路要作特殊处理，才能减小非线性误差。测量电路要作特殊处理，才能减小非线性误差。五、减小或消除非线性误差的方法有如下几种：五、减小或消除非线性误差的方法有如下几种：（1）提高桥臂比提高桥臂比：0001112111RUURrRRURR从式中我们可以看出当从式中我们可以看出当 提高时，可以减小非提高时，可以减小非线性误差。但线性误差。但从电压灵敏度考虑从电压灵敏度考虑 21RnR0211(

28、1)1VUnSEERnnR电桥电压灵敏度将降低，这是一种矛盾。因此，为电桥电压灵敏度将降低，这是一种矛盾。因此，为了达到既减小非线性误差，又不降低其灵敏度，必了达到既减小非线性误差，又不降低其灵敏度，必须适当提高供桥电压须适当提高供桥电压E。(2)(2)采用差动电桥：采用差动电桥：根据被测试件的受力情况，根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉若使一个应变片受拉，一个受压，一个受压，则应变符号相反；测试时将两个应变片则应变符号相反；测试时将两个应变片接接入入电桥的相邻臂上、如图电桥的相邻臂上、如图25所示称为所示称为半桥差动电半桥差动电路。路。R3R4RLU0IEABCD11RR22RR图图

29、2-5该电桥输出电压该电桥输出电压：0113()112234RRRUERRRRRR12,12,34,RRRRRR 若若 则得则得 01121RUER由此可知由此可知，与与 0U11RR成线性关系，不存在线性误差。成线性关系，不存在线性误差。而且电压灵敏度为而且电压灵敏度为 ，比使用一只应变片，比使用一只应变片提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。同样根据被测试件的受力情况，若使两个应变同样根据被测试件的受力情况，若使两个应变片受拉，两个受压，则应变符号相反；测试时将片受拉，两个受压，则应变符号相反；测试时将四个应变片接入电桥的相邻臂上、如图四个应变片接

30、入电桥的相邻臂上、如图26所示称所示称为为全桥差动电路全桥差动电路。12VSERLU0IEABCD11RR22RR33RR44RR 同样可以推出，同样可以推出，由此可知，比用由此可知，比用单片提高了四倍，比半桥差动电路提高了一倍。单片提高了四倍，比半桥差动电路提高了一倍。011RUERVSE图图2-6全桥差动全桥差动电路电路（3）采用高内阻的恒流源电桥：采用高内阻的恒流源电桥：通过电桥各臂的电流如果不恒定，也是产生非通过电桥各臂的电流如果不恒定，也是产生非线性误差的重要原因。所以供给半导体应变电桥的线性误差的重要原因。所以供给半导体应变电桥的电源一般采用恒流源，如图电源一般采用恒流源，如图27

31、所示所示。RLU0EABCDR1R2R3R41I2II图图2-7 供桥电流为供桥电流为I通过各臂的电流为通过各臂的电流为 和和 若测量电路输入阻抗较高，则：若测量电路输入阻抗较高，则：1I2I12(12)(34)I RRIRR12III解该方程组得：解该方程组得：12341234121234RRIIRRRRRRIIRRRR输出电压为：输出电压为：01121 42 331234R RR RUI RI RIRRRR若电桥初始处于平衡状态若电桥初始处于平衡状态（R1R4=R3R2），而且，而且R1=R2=R3=R4，当第一桥臂电阻，当第一桥臂电阻R1变化时，电桥输出变化时，电桥输出电压为：电压为：由

32、式可知，分母中的由式可知，分母中的 被被4R除，比前面的单臂供压电桥的非线性误差减少除，比前面的单臂供压电桥的非线性误差减少了了50%。011/(1)44RUI RRR 4、电阻式传感器的应用电阻式传感器的应用 本章前三节介绍了电阻式传感器的分类、结构、工本章前三节介绍了电阻式传感器的分类、结构、工作原理以及测量电路。作原理以及测量电路。在测量试件应变时，只要直接将应变片粘贴在试在测量试件应变时，只要直接将应变片粘贴在试件上，即可用测量仪表件上，即可用测量仪表(例如电阻应变仪例如电阻应变仪)测量；然而测量；然而测量如力、加速度等就需要辅助构件测量如力、加速度等就需要辅助构件(例如弹性元例如弹性

33、元件、补偿元件等件、补偿元件等)。首先将这些物理量转换成应变，。首先将这些物理量转换成应变，然后再用应变片进行测量。由于实际使用的传感器然后再用应变片进行测量。由于实际使用的传感器形式很多。这里不可能一一介绍形式很多。这里不可能一一介绍下面只能以下面只能以电位计式加速度计电位计式加速度计和和应变电阻式电子秤应变电阻式电子秤为例加以说明。为例加以说明。图图2-8下面介绍用电阻应变片的电子秤结构、工作原理相下面介绍用电阻应变片的电子秤结构、工作原理相有关电路。有关电路。感器弹性体为感器弹性体为双弯曲梁双弯曲梁，四片应变片分别粘贴在梁，四片应变片分别粘贴在梁的上、下两表面上组成全桥电路如图的上、下两

34、表面上组成全桥电路如图29所示。所示。当载荷当载荷W作用时，作用时，R1，R4受拉伸受拉伸，阻值增加；，阻值增加；R2、R3受压缩，受压缩，阻值减小，电桥失去平衡，产生电压输阻值减小，电桥失去平衡，产生电压输出，且与出，且与W成正比，即：当其他条件不变时成正比，即：当其他条件不变时 与与W成正比（由于涉及材料力学的知识这里不详细论述成正比（由于涉及材料力学的知识这里不详细论述为什么？）。为什么？）。UWR 1R 2R 3R 4RLU0IEABCD11RR22RR33RR44RR图图2-9电子称传感器布置图电子称传感器布置图 为了提高测量精度，传感器可采用种种补为了提高测量精度，传感器可采用种种

35、补偿措施消除有关误差。例如图偿措施消除有关误差。例如图2-10是一种调零是一种调零电路。电路。电桥电桥2(补偿电桥补偿电桥)串接在应变片传感器的输出串接在应变片传感器的输出和测量电路之间通过调节补偿电桥中的电位和测量电路之间通过调节补偿电桥中的电位器。改变其输出电压器。改变其输出电压 ，用，用 来抵消传感器来抵消传感器的零点偏移输出电压，因此调节的零点偏移输出电压，因此调节W可使传感器可使传感器在空载时输出电压为零。下图为采用单片机为在空载时输出电压为零。下图为采用单片机为核心的电子称的电路结构图。核心的电子称的电路结构图。02U02U电桥 1ABCD11RR22RR33RR44RR电桥2WU1U2放 大电 路单 片 机A/D接 口电 路显 示打 印键 盘调 零 电 路