常用传感器工作原理-(电阻式)ppt课件

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1、1第第3 3章章 常用传感器的工作原理常用传感器的工作原理为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2 传感器（传感器（Sensor/Transducer）是借助于检测元件接收一是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。另一种信息的装置。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置号的装置

2、。物理量物理量电量电量传感器传感器为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3被测信息被测信息敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路输出信息输出信息电阻元件电阻元件电阻元件电阻元件传感元件为传感元件为电阻元件电阻元件v 电位器式电位器式v 电阻应变式电阻应变式v 热敏效应式热敏效应式 其结构简单、易于制造、价格便其结构简单、易于制造、价格便宜、性能稳定、输出功率大，是宜、性能稳定、输出功率大，是目前在非电量检测技术中应用最目前在非电量检测技术中应用最广、最成熟和最重要的传感器之广、最成熟和最重

3、要的传感器之一一.把被测量转换为电阻变化的一种传感器，是一种能量控制型把被测量转换为电阻变化的一种传感器，是一种能量控制型传感器传感器为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4敏感元件敏感元件转换元件转换元件 压压 力力 作作 用用 膜片形变（应变）膜片形变（应变）应变片电阻改变应变片电阻改变 v 电阻应变式电阻应变式v 金属电阻应变片金属电阻应变片v 半导体应变片半导体应变片 按应变片所用的材料可分为：按应变片所用的材料可分为：导体或半导体导体或半导体材料在外界力材料在外界力的作用下产生的作用下产生机械变形时，机械变形时，

4、其电阻值相应其电阻值相应发生变化。发生变化。主要作用是敏感元主要作用是敏感元件实现件实现应变应变电阻电阻的变换。的变换。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能5（1）电阻应变片工作原理：）电阻应变片工作原理：工作原理：工作原理：电阻值：电阻值：lRA2Ar纵向应变纵向应变横向应变：横向应变：当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小对上式进行全微分，并用相对变化量来表示：drdrldldAdAldlRdR2ldl泊松比泊松比ldlrdr电阻丝电阻率相对变化，与电阻电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力丝轴向所受正应力 有关。

5、有关。弹性模量弹性模量压阻系数压阻系数Ed为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6因此：因此：(12)(12)dREEKR 分析：分析：(12)是由电阻丝几何尺寸改变引起的。是由电阻丝几何尺寸改变引起的。是由电阻丝的电阻率随应变的改变引起的。是由电阻丝的电阻率随应变的改变引起的。E 注意：对金属电阻丝来说，注意：对金属电阻丝来说，是很小的，可忽略；对半导是很小的，可忽略；对半导体应变片来说，体应变片来说，是很小的，可忽略。这正是两类电是很小的，可忽略。这正是两类电阻应变式传感器原理的重要区别。阻应变式传感器原理的重要区别。

6、E(12)2dRdldrdRlr为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能7工作原理是基于金属导体的工作原理是基于金属导体的应变效应应变效应，即金属导体在外力作用，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。电阻丝应变片电阻丝应变片金属电阻应变片：金属电阻应变片：(12)dRR 常用的电阻材料：康铜、镍铬合金、镍铬铝合金常用的电阻材料：康铜、镍铬合金、镍铬铝合金灵敏度：灵敏度：(12)S敏感元

7、件是金属丝栅。敏感元件是金属丝栅。常用的结构形式：丝式、箔式常用的结构形式：丝式、箔式为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能8 箔式应变片箔式应变片1.金属箔栅很薄，感受的应力状态与试件表面金属箔栅很薄，感受的应力状态与试件表面应力状态更接近应力状态更接近2.箔材表面积大，散热条件好，所以允许通过箔材表面积大，散热条件好，所以允许通过较大电流，因而可以输出较大信号，提高了测较大电流，因而可以输出较大信号，提高了测量灵敏度量灵敏度3.箔栅的尺寸准确、均匀，能制成任意形状，箔栅的尺寸准确、均匀，能制成任意形状，扩大了应变片的使

8、用范围扩大了应变片的使用范围优点：优点：敏感元件是通过光刻、腐蚀等工艺制成的薄敏感元件是通过光刻、腐蚀等工艺制成的薄金属箔栅。金属箔栅。缺点：缺点：1.生产工序较复杂；生产工序较复杂；2.引出线的焊点采用锡焊，因此不适于高温环境下测量。引出线的焊点采用锡焊，因此不适于高温环境下测量。3.价格较贵价格较贵为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能9一般市售电阻应变片的一般市售电阻应变片的标准阻值有标准阻值有60、120、350、600、1000欧等。欧等。通常静态测量时，允许通常静态测量时，允许的电流一般规定为的电流一般规定为2

9、5mA，动态测量时可，动态测量时可达达75100mA，箔式箔式应应变片则可更大些。变片则可更大些。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能10n优点：优点：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小.n缺点：缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片温度稳定性和可重复性不如金属应变片。半导体应变片：半导体应变片：dRER 压阻效应指某些半导体材料在沿某一轴向压阻效应指某些半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。工作原理是基于半导

10、体材料的工作原理是基于半导体材料的压阻效应压阻效应。灵敏度：灵敏度：KE从半导体物理可知，半导体在压力、温度及从半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使电阻率发生很大变化。光辐射作用下，能使电阻率发生很大变化。目前，国产半导体应变片大都采用目前，国产半导体应变片大都采用P型硅单晶制成。型硅单晶制成。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能11金属电阻应变片金属电阻应变片半导体应变片半导体应变片利用金属导体形变引起电利用金属导体形变引起电阻的变化阻的变化 。一般制作应变。一般制作应变片的金属丝的灵敏度片的金属丝的

11、灵敏度K K0 0在在1.71.74.04.0之间，有些工程之间，有些工程书上，直接将金属丝应变书上，直接将金属丝应变片的灵敏度片的灵敏度K K0 0定义为定义为2 2。利用半导体电阻率变化引起电利用半导体电阻率变化引起电阻的变化阻的变化。用半导体应变片制。用半导体应变片制成的传感器亦称为成的传感器亦称为压阻传感器。压阻传感器。半导体应变片具有很高的灵敏半导体应变片具有很高的灵敏度（是金属丝应变片灵敏度度（是金属丝应变片灵敏度大大50507070倍倍 ），但其最大的特），但其最大的特点是温度灵敏度高，非线性严点是温度灵敏度高，非线性严重及安装困难。重及安装困难。当测量较小应变时，应选用压阻当测

12、量较小应变时，应选用压阻 效应工作的应变片，而测量大应变时，应选用效应工作的应变片，而测量大应变时，应选用应应变变效应工作的应变片效应工作的应变片为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能12(2)应变片的命名应变片的命名 应变片的命名标准号为应变片的命名标准号为GBT13992-92，其内容如下。，其内容如下。(1)每种应变片产品命名型号，型号由汉语拼音字母和数字组成共每种应变片产品命名型号，型号由汉语拼音字母和数字组成共7项。项。(2)由左至右依次排列，第由左至右依次排列，第项字母表示项字母表示应变片类别应变片类别。(3)

13、第第项字母表示应变片项字母表示应变片基底材料基底材料。(4)第第项数字表示项数字表示标称电阻值标称电阻值，单位为，单位为，带括号的规格不推荐采，带括号的规格不推荐采用。用。(5)第第项数字表示项数字表示应变片栅长应变片栅长，小于，小于l mm时小数点省略。时小数点省略。(6)第第V项由两个字母组成表示应变片项由两个字母组成表示应变片结构形状结构形状，表，表3-1中只列出常用中只列出常用的代表字母。的代表字母。(7)第第项数字表示应变片的项数字表示应变片的极限工作温度极限工作温度，对常温应变片此项省略。，对常温应变片此项省略。(8)第第项括号内数字表示项括号内数字表示温度自补偿应变片所适用试件材

14、料的线膨温度自补偿应变片所适用试件材料的线膨胀系数胀系数。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能13 举例：BH3503AA150(16)为单轴箔式环氧基底用于线膨胀系数16106/的材料，最高工作温度150，栅长3mm的温度自补偿应变片。表3-1型号命名表为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能143.1.4 电阻式传感器的测量电路电阻式传感器的测量电路 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，要把电阻相对变化 转换为

15、电压或电流的变化，因此，需要设计专用的测量电路，常用桥式测量电路。该电路目标：提高输出灵敏度、进行温度补偿 RR为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能15当 时，电桥的输出电压 应为：当电桥平衡时，由上式可得到 或 称为电桥平衡条件 LROU311234()ORRUERRRR0OU3124RRRR（1）直流电桥平衡条件）直流电桥平衡条件 直流电桥的基本形式如图，R1，R2，R3，R4称为电桥的桥臂，RL为其负载（可以是测量仪表内阻或其他负载）。1423R RRR为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯

16、彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能16 （2）电压灵敏度）电压灵敏度 如果在实际测量中，使第一桥臂R1由应变片来替代，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。一般需要加入放大器放大。由于放大器的输入阻抗可以比桥路输出电阻高得多，所以此时电桥仍视为开路情况。当受应变时，若应变片电阻变化为R1，其他桥臂固定不变，则电桥输出电压 。0OU311141123411234()()()ORRRR RUEERRRRRRRRRR4131124113()()(1)(1)RRRRERRRRRR设桥臂比12RRn 由于11RR 分母中 可忽略11RR并考虑到起始平衡条件3412RR

17、RR121(1)ORnUEnR为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能170211(1)VUnSERnR电桥电压灵敏度定义为：121(1)ORnUEnR 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压，供桥电压愈高，电桥电压灵敏度愈高，但是供桥电压的提高，受到应变片允许功耗的限制，所以一般供桥电压应适当选择。电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，因此必须恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。2410(1)VSnEnn当 n=l时，为最大。这就是说，在供桥电压确定后，当R1R2，R3R4时，电桥的电压灵敏度最高。一般工程上常

18、常选择R1R2=R3R402111(1)4VUnSEERnR为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能18142301234()()iR RR RUURRRR R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU01423R RR R不受力时，使电桥平衡不受力时，使电桥平衡受应力或温度使电阻值变化时：受应力或温度使电阻值变化时：为使分析简化，选择为使分析简化，选择RRRRR432111442233011223344123414231234()()()()()()()(2)(2)iiRRRRRRRRUURRRRRRRRRRRRRRRRR

19、URRRRRR （3）常用电桥电路）常用电桥电路 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能19一般情况下，一般情况下，化简得到：，化简得到：iRR31240()4iURRRRURRRR利用上式特点，可进行温度补偿和提高测量的灵敏度。利用上式特点，可进行温度补偿和提高测量的灵敏度。11442233011223344123414231234()()()()()()()(2)(2)iiRRRRRRRRUURRRRRRRRRRRRRRRRRURRRRRR R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU0RKR31241234()4()

20、4igiURRRRURRRRUK为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能20为达到完全补偿，需满足下列三个条件：为达到完全补偿，需满足下列三个条件：互相补偿的应变片须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数、线膨互相补偿的应变片须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏系数都相同，互补应变片的初始电阻值也要求相同；胀系数、应变灵敏系数都相同，互补应变片的初始电阻值也要求相同；用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件材料必须相同，即要求其用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件材料必须相同，即要求其线膨胀系数相等；线

21、膨胀系数相等；互相补偿的应变片处于同一温度环境中。互相补偿的应变片处于同一温度环境中。R1R2FFR1R2（b）（a）F为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能21根据工作中电阻值参与变化的桥臂的个数，根据工作中电阻值参与变化的桥臂的个数，将电桥分为：将电桥分为：半桥式、全桥式半桥式、全桥式半桥单臂半桥单臂只有一个桥臂只有一个桥臂 阻值随被测量而变化阻值随被测量而变化 若四个桥臂的初始电阻值相等，若四个桥臂的初始电阻值相等，且且 时时0RR312400000011()44iiRRRRURRRRRUUR=12340RRRRR

22、R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU01R为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能22半桥双臂半桥双臂工作时，有相邻两个桥臂工作时，有相邻两个桥臂 阻值随被测量而变化。阻值随被测量而变化。312400000020101()41()142iiiRRRRURRRRRRURRURUR=-若四个桥臂的初始电阻值相等，若四个桥臂的初始电阻值相等，设相邻两个桥臂阻值变化量相等时，设相邻两个桥臂阻值变化量相等时，为使输出不为零且提高灵敏度，使电为使输出不为零且提高灵敏度，使电阻变化方向相反（即一个阻值增大，阻变化方向相反（即一个阻

23、值增大，另一个则减小）另一个则减小）.12340RRRRR R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU012RR为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能23全桥接法全桥接法工作时四个桥臂都随被测量变化。工作时四个桥臂都随被测量变化。设四个桥臂的阻值变化量相等：设四个桥臂的阻值变化量相等：若四个桥臂的初始电阻值相等，若四个桥臂的初始电阻值相等，3124000001()4yRRRRUURRRR为使输出不为零且提高输出灵敏度，任意两相邻桥臂电阻值变为使输出不为零且提高输出灵敏度，任意两相邻桥臂电阻值变化方向均相反，此时：化方向均

24、相反，此时：312400000000001()41()4iiiRRRRURRRRRRRRURRRRURUR12340RRRRR R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU0为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能24将将 作为输入（有的仅把作为输入（有的仅把 当作当作输入），由此可以求得上述各种输入），由此可以求得上述各种电桥电桥的灵敏度的灵敏度分别为分别为半桥单臂：半桥单臂：半桥双臂：半桥双臂：全桥：全桥：比较：比较：0014iURUR0RRR0012iURUR00iURUR R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU

25、0为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能25当仅桥臂当仅桥臂ABAB单臂承受应变单臂承受应变 ，产生，产生 时，时，01234()44iiU KUUK上式是在假定上式是在假定 时等到的。时等到的。RR此时电桥的实际输出是：此时电桥的实际输出是：1114230112341()1(1)()()42421(1)42iiiiRRRR RURRRUUURRRRRRRRRUKK 电桥的相对非线性误差为：电桥的相对非线性误差为：1000231(1)4424111()()248iiiUUKKKUUUUKKKK1KK21如果已知如果已知 ，

26、并对非线性误，并对非线性误差差 提出要求，则通过上式提出要求，则通过上式可计算出允许测量的最大应可计算出允许测量的最大应变量。变量。KR当当RiR时，输出电压与应变呈线性关系。时，输出电压与应变呈线性关系。R2R4R1R3Ui电桥线路原理图ACDBU0为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2601.021maxK1000001.0201.0201.02maxK结论：如果被测应变大于结论：如果被测应变大于10000，采用等臂电桥时的非线性误差大于，采用等臂电桥时的非线性误差大于1%。例：设例：设K=2，要求非线性误差，要求非

27、线性误差1%，试求允许测量的最大应变值，试求允许测量的最大应变值max。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能273.1.5 电阻应变式传感器的应用电阻应变式传感器的应用n直接用来测定结构的应变或应力直接用来测定结构的应变或应力，如为了研究某些构件，如为了研究某些构件在工作状态下的受力、变形情况，可利用不同形状的应在工作状态下的受力、变形情况，可利用不同形状的应变片，粘贴在构件的选定部位，测得构件的拉、压应力变片，粘贴在构件的选定部位，测得构件的拉、压应力或弯矩等，为结构设计、应力校核或构件破坏的预测等或弯矩等，为结构设计

28、、应力校核或构件破坏的预测等提供可靠的试验数据。提供可靠的试验数据。n将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器加速度等物理参数的传感器。在这种情况下，弹性元件。在这种情况下，弹性元件得到与被测量成比例的应变，再由应变片转换为电阻的得到与被测量成比例的应变，再由应变片转换为电阻的变化。变化。注意：电阻应变片必须被粘贴在试件或弹性单元上才能工注意：电阻应变片必须被粘贴在试件或弹性单元上才能工作，应将其粘贴在应变最大的部位。粘合剂和粘合技术对作，应将其粘贴在应变最大的部位。粘合剂和粘合技术对测量结果有直接影响。测量结果有

29、直接影响。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能282cos)1()1(2因此，轴向应变片感受到的应变为（因此，轴向应变片感受到的应变为（）：）：0SEF1 圆周方向应变片感受到的应变为（圆周方向应变片感受到的应变为（）：）：090SEF12柱式力传感器-2+1截面积SFFF面积S-1+2b）a）弹性元件分为实心和空心两种。实心圆柱弹性元件分为实心和空心两种。实心圆柱可承受较大负荷；空心圆桶横向钢度大，可承受较大负荷；空心圆桶横向钢度大，稳定性好。稳定性好。在轴向布置一个或几个应变片，在圆周方在轴向布置一个或几个应变片，在

30、圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的横向应变，从而构成了差动对。在与反的横向应变，从而构成了差动对。在与轴线任意夹角的轴线任意夹角的方向，其应变为方向，其应变为：载荷杨氏模量1 1、柱式力传感器、柱式力传感器 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能29为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能30为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能312

31、 2、梁式力传感器、梁式力传感器等强度梁弹性元件是一种特殊形式的悬臂梁。等强度梁弹性元件是一种特殊形式的悬臂梁。LR1R3R2R4xFhbb0R4这种弹性元件的特点是：其截面按这种弹性元件的特点是：其截面按一定的规律变化，当集中力作用在一定的规律变化，当集中力作用在自由端时，距作用力任何距离的截自由端时，距作用力任何距离的截面上应力相等。面上应力相等。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能32为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能333、应变式压力传感

32、器应变式压力传感器测量气体或液体压力的薄板式传感器，如图所示。当气体或液体压力作测量气体或液体压力的薄板式传感器，如图所示。当气体或液体压力作用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。P（b）（a）应变式压力传感器圆形薄板固定形式：采用嵌固形式，如图（圆形薄板固定形式：采用嵌固形式，如图（a）或与传感器外壳作成一体）或与传感器外壳作成一体，如图，如图(b)。应变片为深入学习习近平新时代中国特色社会主

33、义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能34根据力学公式，当均匀压力作用在薄板上时：根据力学公式，当均匀压力作用在薄板上时：)3()1(83222xrhPr)31()1(83222xrhPt圆板内任一点的应变值为：圆板内任一点的应变值为：)3)(1(832222xrEhPr)(1(832222xrEhPtx径向和切向应力径向和切向应力,r h,rt,rt径向和切向应变径向和切向应变圆板的半径和厚度圆板的半径和厚度与圆心的径向距离与圆心的径向距离为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能354

34、4、应变式加速度传感器、应变式加速度传感器由端部固定并带有惯性质量块由端部固定并带有惯性质量块m的悬臂梁及贴在梁根部的应变片、基座的悬臂梁及贴在梁根部的应变片、基座及外壳等组成。是一种惯性式传感器。及外壳等组成。是一种惯性式传感器。测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传感器固定在被测部位。测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传感器固定在被测部位。当被测点的加速度沿图中箭头所示方向当被测点的加速度沿图中箭头所示方向L应变片质量块m弹簧片外壳基座a应变式加速度传感器时，悬臂梁自由端受惯性力时，悬臂梁自由端受惯性力F=ma的作用，质量块向箭头的作用，质量块向箭头a相反的方向相对于基座运动，相反的

35、方向相对于基座运动，使梁发生弯曲变形，应变片电使梁发生弯曲变形，应变片电阻也发生变化，产生输出信号阻也发生变化，产生输出信号，输出信号大小与加速度成正，输出信号大小与加速度成正比。比。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能365 5、电阻应变仪、电阻应变仪 电阻应变仪是专门用于测量电阻应变片应变量的仪器。实际测量时，只要电阻应变仪是专门用于测量电阻应变片应变量的仪器。实际测量时，只要将应变片贴于被测点上，然后将其接入应变仪的测量桥路中，这样就可通过将应变片贴于被测点上，然后将其接入应变仪的测量桥路中，这样就可通过应变仪直接

36、求得被测点的应变值。电阻应变仪有静态、动态二大类。应变仪直接求得被测点的应变值。电阻应变仪有静态、动态二大类。如：如：(1)静态电阻应变仪。静态电阻应变仪能测量频率为静态电阻应变仪。静态电阻应变仪能测量频率为015Hz的应变。例的应变。例如：国产型号有如：国产型号有YJ-5，YJB-I，YJS-14等。等。(2)静动态电阻应变仪。静动态电阻应变仪用于测量静态或几百静动态电阻应变仪。静动态电阻应变仪用于测量静态或几百Hz以下的以下的应变，国产型号有应变，国产型号有YJD-1，YJD-7等。等。(3)动态电阻应变仪。它用于测量频率为动态电阻应变仪。它用于测量频率为5kHz以下的应变，如以下的应变，

37、如Y4D-l，Y6D-2，YD-15等；等；(4)超动态电阻应变仪。它可以测量频率从零至几十超动态电阻应变仪。它可以测量频率从零至几十kHz的动态应变，如的动态应变，如Y6C-9等。等。(5)遥测应变仪。它用于解决无法用有线传输信号时的应变测量，如测量遥测应变仪。它用于解决无法用有线传输信号时的应变测量，如测量旋转件、运动件等的应变。旋转件、运动件等的应变。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能37为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能38作作 业业1

38、.比较金属应变片和半导体应变片的相同点和不同点。比较金属应变片和半导体应变片的相同点和不同点。2.有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm。在圆柱轴向和圆周向各贴两片相同的应变片（灵敏度系数在圆柱轴向和圆周向各贴两片相同的应变片（灵敏度系数s=2.），组），组成差动全桥电路，供桥电压为成差动全桥电路，供桥电压为10v。设材料弹性模量。设材料弹性模量E=2.11011pa，泊松比泊松比=0.3。试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用。试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用v/kN表示）。表示）。218.91002.11mNPa习题习题3.5

39、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能39为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能40 温度误差及其补偿温度误差及其补偿（1）温度误差温度误差tRRt1)(二二.电阻丝材料的线膨胀系数电阻丝材料的线膨胀系数 与测试材料的线膨胀系数与测试材料的线膨胀系数 不同。不同。一一.应变片的电阻丝应变片的电阻丝(敏感栅敏感栅)具有一定温度系数具有一定温度系数 ：因环境温度变化引起电阻变化的两个主要因素：因环境温度变化引起电阻变化的两个主要因素：teg引起的应变为引起

40、的应变为tget)(2tKRRge)()(2tKtRRRRRRgett)()()()(21则虚假应变为：则虚假应变为：ttKKRRgettt)()(这就是试件不受外力作用，在温度变化这就是试件不受外力作用，在温度变化 时，应变片的温度效应。时，应变片的温度效应。t因此，由温度变化引起的总的电阻相对变化为：因此，由温度变化引起的总的电阻相对变化为：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能41（2）温度补偿（自补偿法和线路补偿法）温度补偿（自补偿法和线路补偿法）单丝自补偿应变片单丝自补偿应变片tKtRRRRRRgett)()()

41、()(21由温度变化引起的总的电阻相对变化为由温度变化引起的总的电阻相对变化为可见，要消除温度变化引起的误差，必须使可见，要消除温度变化引起的误差，必须使0)(getK即即)(egtK在选择敏感栅材料时，使其与被测试件之间满足上式即可实现温度在选择敏感栅材料时，使其与被测试件之间满足上式即可实现温度自补偿。自补偿。该方法结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在一定线膨胀该方法结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻

42、全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能42 双丝组合式自补偿应变片双丝组合式自补偿应变片由两种不同电阻温度系数（一正一负）由两种不同电阻温度系数（一正一负）的材料串联组成敏感栅，要求两种敏感的材料串联组成敏感栅，要求两种敏感栅随温度变化产生的电阻增量大小相等，栅随温度变化产生的电阻增量大小相等，符号相反，以达到一定的温度范围内在符号相反，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿。一定材料的试件上实现温度补偿。即即tbtaRR)()(所以，两段敏感栅的电阻大小可按下式选择：所以，两段敏感栅的电阻大小可按下式选择：)()()()(aeaabebbtaatbbbaKKRRRRRR

43、该方法制造时，可以调节两段敏感栅的丝长，以实现对某种材料的该方法制造时，可以调节两段敏感栅的丝长，以实现对某种材料的试件在一定温度范围内获得较好的温度补偿。试件在一定温度范围内获得较好的温度补偿。焊点RaRb为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能43电桥输出电压与桥臂参数之间的关系为电桥输出电压与桥臂参数之间的关系为)(3241RRRRAUSC当当 、为常数时，为常数时，和和 对输出电压的对输出电压的作用方向相反，利用这个基本特性实现温度作用方向相反，利用这个基本特性实现温度补偿是最常用的补偿方法之一。补偿是最常用的补偿方

44、法之一。3R4R1R2R测量应变时，测量应变时，使用两个应变片使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面一片贴在被测试件的表面，称为工作片，称为工作片，图中图中 R1，另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，称为补偿片，称为补偿片，图中图中R2。在工作过程中，补偿片不承受应变，仅随温度发生变化。在工作过程中，补偿片不承受应变，仅随温度发生变化。电路补偿法电路补偿法USCR2R4R1R3E式中式中A-由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由桥臂电阻和电源电压决定的常数。当被测试件不承受应变时，当被测试件不承受应变时，R1和和R2处于同一温度场，调整电桥参数，可使处于同

45、一温度场，调整电桥参数，可使电桥输出电压为零，即电桥输出电压为零，即0)(3241RRRRAUSC选取：选取：RRR21RRR43为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能44当温度升高或降低时，若当温度升高或降低时，若R1t=R2t，即两个应变片的热输出相等，由上，即两个应变片的热输出相等，由上式可知电桥的输出电压为零，即式可知电桥的输出电压为零，即0)()(322411RRRRRRAUttSC若此时有应变作用，只会引起电阻若此时有应变作用，只会引起电阻R1发生变化，发生变化，R2不承受应变。故由前不承受应变。故由前式可得输

46、出电压为式可得输出电压为KRARRRRRKRRRAUttSC)()(3224111RRR21RRR43由上式可知，电桥输出电压只与应变由上式可知，电桥输出电压只与应变有关，与温度无关。有关，与温度无关。为达到完全补偿，需满足下列三个条件：为达到完全补偿，需满足下列三个条件：R1和和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数、线膨胀系、线膨胀系数数、应变灵敏系数、应变灵敏系数K都相同，两片的初始电阻值也要求相同；都相同，两片的初始电阻值也要求相同；用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同，即用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同

47、，即要求两者线膨胀系数相等；要求两者线膨胀系数相等；两应变片处于同一温度环境中。两应变片处于同一温度环境中。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能45此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是三个条件不易此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是三个条件不易满足，尤其是条件满足，尤其是条件。在某些测试条件下，温度场梯度较大，。在某些测试条件下，温度场梯度较大，R1和和R2很很难处于相同温度点。难处于相同温度点。根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。度，如图所示的贴法。R1R2FFR1R2（b）（a）F构件受弯曲应力构件受单向应力