《电阻式传感器》PPT课件.ppt

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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 ：应 变 式 ： 物 理 量 变 化 电 阻 变 化传 感 元 件属 于 大 电 阻 变 化 型 ， R： 0R传物 理 量 变 化 变 形（ 应 力 、 应 变 ）敏 感 元 件属 于 微 电 阻 变 化 型 ， R： 020%R传传 感 元 件 电 阻 变 化 1、 定 义 ： 电 阻 式 传 感 器 是 将 非 电 量 (如 力 、 位 移 、形 变 、 速 度 和 加 速 度 等 )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

2、量 达到 对 上 述 非 电 量 测 量 的 目 的 。 2、 分 类 2 .1、 线 绕 式 电 位 器 传 感 器 : 1、 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 图 21来 说 明 。 若 线 绕 电 位 器 的 绕 线 截 面 积 均 匀 ， 则 R变化 均 匀 (线 性 )。 图 21中 的 为 工 作 电 压 ， 为 负载 电 阻 两 端 的 输 出 电 压 ， x为 线 绕 电 位 器 电 刷 移 动的 长 度 、 L为 其 总 长 度 ， 对 应 于 电 刷 移 动 量 x的 电阻 值 为 。iU

3、 iU 0UxR LR XxR l Ui I R L a b c Rl U0 xRxUi图 2-1绕 线 式 工 作 原 理 图 若电位器为空载( )时，根据分压原理得： LR 0 xi RU U R而 对 应 的 电 阻 变 化 为 ： xR xR l x RxR R S xl （ 2-1）（ 2-2）将 式 （ 2-2） 代 入 式 （ 2-1） 得 ： 0 i VxU U S xL （ 2-3） 式 中 ： 、 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 出电 压 的 变 化 量

4、 。 、 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 。图 21表 示 了 电 位 器 的 工 作 原 理 ： 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 线 位 移 和 角 位 移 测 量外 ， 还 用 于 测 量 压 力 、 加 速 度 等 物 理 量 。RS VS RS VS 优

5、点 ： 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 函数 关 系 的 转 换 。 缺 点 ： 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 。每课一新传感器介绍 近 日 ， 西 门 子 的 科 研 工 作 者 们

6、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 其味 道 。 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 。 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 100毫 瓦 至 1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 提供 周 到 保 护 。 碳 膜 电 位 器 ：

7、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 。 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 。 2 .2非 线 绕 式 电 位 器 1、 膜 式 电 位 器 ： 膜 式 电 位 器 通 常 有 两 种 ： 一 种 是 碳 膜 电 位 器 另 一 种为 金 属 膜 电 位 器 。 2、 导 电 塑 料 电 位 器 ：

8、这 种 电 位 器 由 塑 料 粉 及 导 电 材 料 粉 (合 金 、 石 墨 、碳 黑 等 )压 制 而 成 、 它 又 被 称 为 实 心 电 位 器 。 其 优 点 是耐 磨 性 较 好 、 寿 命 较 长 、 电 刷 允 许 的 接 触 压 力 较 大 (几十 至 几 百 克 ) 3、 光 电 电 位 器 ： 上 述 几 种 电 位 器 均 是 接 触 式 电 位 器 ， 共 同 的 缺 点 是耐 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 非 接 触 式 电 位 器 ， 它 克 服 了 了 上 述几 种 电

9、位 器 的 缺 点 。 其 结 构 如 图 2-2所 示 。 E 1 2 3 45Rb1、 光 电 导 层 2、 基 体 3 、 薄 膜 电 阻 带 、4、 电 刷 的 窄 光 束 5、 导 电 电 极 图 2-2 光 电 式 电 位 器 结 构 原 理 图 光 电 式 电 位 器 结 构 原 理 ： 其 工 作 原 理 ： 在 当 电 刷 的 窄 光 束 4照 射 在 此 间 隙 上 时 ， 就 相 当 于把 电 阻 带 3和 导 电 电 极 5接 通 ， 在 外 电 源 E的 作 用 下 ， 负载 电 阻 Rb上 便 有 电 压 输 出 ； 而 在 无 光 束 照 射 时 ， 因 其暗 电

10、 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 。光 电 电 位 器 优 缺 点 ： 耐 磨 性 好 ,精 度 、 分 辨 率 高 ， 寿 命 、可 靠 性 好 ， 阻 值 范 围 宽 (5000一 15M欧 姆 )等 等 ； 但 是 其结 构 较 复 杂 ， 工 作 温 度 的 范 围 比 较 窄 ( 150 )， 输 出电 流 小 ， 输 出 阻 抗 较 高 。 3、 应 变 电 阻 式 传 感 器 3.1 应 变 电 阻 式 传 感 器 概 论 应 变 式 电 阻 传 感 器 是 目 前

11、用 于 测 量 力 、 力 矩 、压 力 、 加 速 度 、 重 量 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 是 利 用 应 变 效 应 制 造 的 一 种 测 量 微 小 变 化 量 (机 械 )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 试手 段 。 应 变

12、电 阻 式 传 感 器 优 缺 点 ：(1)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 、远 距 测 量 和 遥 测 ；(3)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 。 它 已 广 泛 应 用 于 许 多 领 域 ， 诸 如 航 空 、 机 械 、 电 力 、化 工 、 建 筑 等 领 域 。 3.2 应 变 电 阻 式 传 感 器 结 构 原 理一 、 应 变 效 应 ：导 体 、半 导 体 外 力 产 生

13、 机 械变 形 电 阻 变 化这 种 因 形 变 而 使 其 阻 值 发 生 变 化 的 现 象 称 为应变效应。 因 为 导 体 和 半 导 体 的 电 阻 与 电 阻 率 及 其 几 何 尺 寸 (其 L为 长 度 ， A为 截 面 积 )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 。通 过 测 量 阻 值 的 大 小 ， 就 可 以 反 映 外 界 作 用 力 的 大 小 。LR A为 什 么 会 产 生 应 变 效 应 ？ 二 、 基 本 结 构 ： 电 阻 应 变 片 种 类 繁 多

14、 、 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 。图 2-3 三 、 敏 感 系 数 及 测 量 原 理 ： 所 谓 应 变 片 的 灵 敏 系 数 就 是 单 位 应 变 所 能 引 起 的 电阻 的 相 对 变 化 。 下 面 研 究 对 灵 敏 系 数 的 影 响 因 素 。 金 属导 体 的 电 阻 R为 ： LR=A 如 果 对 电 阻 丝 长 度 作 用 均 匀 应 力 、 则 、 L， A的变 化 ( 、 、 )将 引 起 电 阻 的 变 化 。 可 通 过 上 式的 全 微 分 求 得 ： d dL dA

15、2L LdR d dL dAA A A 相 对 变 化 量 为 ： dR d dL dAR L A （ 2-1） （ 2-3）（ 2-2） 若 电 阻 丝 是 圆 形 的 ， 则 2A r 22 2dA rdr drA r r 则 有 ：令 为 金 属 丝 的 轴 向 应 变 ， 为 金 属 丝 径向 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 ： 其 中 表 示 金 属 材 料 的 泊 松 系 数 。把 、 代 入 公 式 (2-3)得 到 ： xdLL ydrr y x x

16、dLL ydrr （ 2-4）(1 2 ) xdR dR （ 2-5） (1 2 )S x xddRRK 将 式 （ 2-5） 变 形 得 ： 称 为 应 变 片 的 灵 敏 系 数 其 物 理 意 义 是 单 位 应 变所 引 起 的 电 阻 相 对 变 化 。 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 ， 另一 个 是 受 力 后 材 料 的 电 阻 率 发 生 的 变 化 即 ： 对 于 确 定 的 材 料 是 常 数 ， 其 数 值 约 在 12之 间 。实 验 证 明 也 是 常 数 。 则 表 示 金 属电 阻

17、 丝 的 电 阻 相 对 变 化 与 轴 向 应 变 成 正 比 关 系 。SK 1 2 xd 1 2 xd S xd R KR x 应 变 电 阻 传 感 测 量 原 理应 变 片 产 生 微 小 变 形电 阻 值 变 化 R S xd R KR 测 得 应 变 值求 得 应 力 值 xxE 外 力 FF A 3.3 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 的微 小 电 阻 值 的 变 化 测 量 出 来 ， 同 时 要 把 电 阻 相 对 变化 等 转 换 为 电 压 或 电 流 的 变 化 ， 因 此 ， 需 要

18、 设 计 专用 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 通常 有 直 流 电 桥 和 交 流 电 桥 两 种 。 电 桥 电 路 的 主 要 指标 是 桥 路 灵 敏 度 、 非 线 性 和 负 载 持 性 。 下 面 具 体 讨论 有 关 电 路 和 这 几 项 指 标 。 一 、 直 流 电 桥 基 本 形 式 及 平 衡 条 件 电 流 电 桥 的 基 本 形 式 如 图 24所 示 。 R1， R2、 R3，R4称 为 电 桥 的 桥 臂 ， 认 为 为 其 负 载 .LR 图 2-4 R1 R2 R3 R4 RL U

19、0 I E A B C D 当 时 ， 电 桥 的 输 出 电 压 应 为 ：LR 0 1 3( )1 2 3 4R RU E R R R R 当 电 桥 平 衡 时 ， 0 0U 由 上 式 可 得 到 ： 1 4 2 3R R R R1 32 4R RR R或 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 ： 如 果 在 实 际 测 量 中 使 第 一 桥 臂 R1由 应 变 片 来

20、 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 。 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 。 下 面 试求 不 平 衡 电 桥 输 出 的 电 压 值 1R0 0U 0U0 R4 R1( )( )R1+R1 R3 R1R4 R3 R1U=E( - )= E= ER1 R2 R4R1+R1+R2 R3+R4 (R1+R1+R2)(R3+R4) (1+ + )(1+ )R1 R1 R3设 桥 臂 比 ,由 于 可 忽 略 ， 并 由 起

21、始 平 衡条 件 从 而 可 以 近 似 得 到 电 桥 电 压 灵 敏 度 定 义 为 : 21Rn R 11 1, 1RR R R2 4 1 3R Rn R R 0 2 1(1 ) 1n RU E n R 0 21 (1 )1V U nS ER nR 每课一新传感器介绍美研制“武士”传感器 美 国 陆 军 正 在 研 制 一 种 可 嵌 入 未 来 “ 武 士 ” 军服 内 的 传 感 器 系 统 ， 指 挥 官 和 医 护 人 员 可 通 过 这 个系 统 监 测 “ 武 士 ” 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

22、 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 ）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 据提 供 关 于 士 兵 体 力 消 耗 、 生 理 压 力 和 警 觉 程 度 等 的信 息 。 1、 电 桥 电 压 灵 敏 度 正 比

23、 于 电 桥 供 电 电 压 E， 供 桥 电 压 E愈 高 、 电 桥 电 压 灵 敏 度 愈 高 、 但 是 供 桥 电 压 E的 提 高 ，受 到 应 变 片 允 许 功 耗 的 限 制 ， 所 以 一 般 供 桥 电 压 E应 适当 选 择 。2、 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 样 桥 臂 比 n的 值 。 保 证 电 桥 具 有 较 高 的 电 压 灵敏 度 。 下 面 分 析 当 供 桥 电 压 E确 定 后 ， n应 取 何 值 电桥 电 压 灵 敏 度 才 最 高 。三 、 提 高 电 桥 电 压 灵 敏

24、 度 的 措 施 ：0 21 (1 )1V U nS ER nR 由 来 求 的 最 大 值 ， 由 此 得 求得 n=1时 ， 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 。 由 上 面式 子 可 知 ， 当 电 源 电 压 E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 值大 小 无 关 。 0VSn VS 241 0(1 )VS nn n VS四 、 非 线 性 误 差 ： 11 1, 1RR R R在

25、上 面 分 析 中 ， 都 是 假 定 应 变 片 的 参 数 变 化 很 小 ， 而 且 可 忽 略 掉 ， 这 是 一 种 理 想 情 况 。 0 1 1 3( )1 1 2 3 41 4( 1 1 2)( 3 4)4 1( )( )3 11 2 4(1 )(1 )1 1 3R R RU E R R R R RR R ER R R R RR RR R ER R RR R R 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 ： 上 式 的 输 出 电 压 与 的 关 系 是 非 线 性 的 。 实 际的 非 线 性 特 性 曲 线 与 理 想

26、 的 线 性 曲 线 的 偏 差 称 为 绝 对非 线 性 误 差 。 0U 11RR 下 面 计 算 非 线 性 误 差 。 经 过 计 算 非 线 性 误 差 ： 0 00 111 21 1 1RU U Rr R RU R R 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 ： 对 于 一 般 的 应 变 片 所 受 应 变 通 常 在 5000 以下 ， 若 取 灵 敏 系 数 为 2， 则 ： 6 21 2 5000 10 10 0.011 SR KR 则 相 对 非 线 性 误 差 为 ： 1 0.011 0.0

27、05 0.5%1 2 2.011 1 1RRr R RR R （ 2） 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 ， 为 130， 当 承 受 应 变 为 1000 时 ， SK 61 130 1000 10 0.131 SR KR 代 入 ： 0 0 0 111 21 1 1RU U Rr R RU R R 得 到 非 线 性 误 差 达 到 6%， 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 。 五 、 减 小 或 消 除 非 线 性 误 差

28、 的 方 法 有 如 下 几 种 ： （ 1） 提 高 桥 臂 比 ： 0 00 111 21 1 1RU U Rr R RU R R 从 式 中 我 们 可 以 看 出 当 提 高 时 ， 可 以 减 小 非线 性 误 差 。 但 从 电 压 灵 敏 度 考 虑 21Rn R 0 2 11 (1 )1V U nS E ER n nR 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 ， 必须 适 当 提 高 供 桥 电 压 E。 (2)采 用 差 动 电 桥 ： 根 据 被 测

29、 试 件 的 受 力 情 况 ， 若 使 一 个 应 变 片 受 拉 ，一 个 受 压 ， 则 应 变 符 号 相 反 ； 测 试 时 将 两 个 应 变 片接 入 电 桥 的 相 邻 臂 上 、 如 图 25所 示 称 为 半 桥 差 动 电路 。 R3 R4 RL U0 I E A B C D 1 1R R 2 2R R 图 2-5 该 电 桥 输 出 电 压 ： 0 1 1 3( )1 1 2 2 3 4R R RU E R R R R R R 1 2, 1 2, 3 4,R R R R R R 若 则 得 0 1 12 1RU E R由 此 可 知 ， 与 0U 11RR 成 线 性

30、关 系 ， 不 存 在 线 性 误 差 。 而 且 电 压 灵 敏 度 为 ， 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 。 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 将四 个 应 变 片 接 入 电 桥 的 相 邻 臂 上 、 如 图 26所 示 称为 全 桥 差 动 电 路 。 12VS E RL U0 I E A B C D 1 1R R 2 2R R 3 3R R 4 4R R 同 样 可 以 推 出 ， ，

31、 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 。0 11RU E R VS E 图 2-6全 桥 差 动电 路 （ 3） 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 27所 示 。 RL U0 E A B C D R1 R2 R3 R4 1I 2II 图 2-7 供 桥 电 流 为 I 通 过 各 臂 的 电 流 为 和

32、 若 测 量 电 路 输 入 阻 抗 较 高 ， 则 ： 1I 2I1 2( 1 2) ( 3 4)I R R I R R 1 2I I I 解 该 方 程 组 得 ： 1 2 3 41 2 3 41 21 2 3 4R RI IR R R RR RI IR R R R 输 出 电 压 为 ： 0 1 1 2 1 4 2 33 1 2 3 4R R R RU I R I R IR R R R 若 电 桥 初 始 处 于 平 衡 状 态 （ R1R4=R3R2） ， 而 且R1=R2=R3=R4， 当 第 一 桥 臂 电 阻 R1变 化 时 ， 电 桥 输 出电 压 为 ： 由 式 可 知 ，

33、分 母 中 的 被 4R除 ， 比 前 面 的 单 臂 供 压 电 桥 的 非 线 性 误 差 减 少了 50%。 0 1 1/(1 )4 4RU I R R R 4、 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 试件 上 ， 即 可 用 测 量 仪 表 (例 如 电 阻 应 变 仪 )测 量 ； 然 而测 量 如 力 、 加 速 度 等 就 需 要 辅 助 构 件 (例 如 弹 性 元件 、 补

34、偿 元 件 等 )。 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 器形 式 很 多 。 这 里 不 可 能 一 一 介 绍 下 面 只 能 以 电 位 计 式 加 速 度 计 和 应 变 电 阻 式 电 子 秤为 例 加 以 说 明 。 图 2-8 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 。 感 器 弹 性 体 为 双 弯 曲 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

35、29所 示 。当 载 荷 W作 用 时 ， R1， R4受 拉 伸 ， 阻 值 增 加 ； R2、R3受 压 缩 ， 阻 值 减 小 ， 电 桥 失 去 平 衡 ， 产 生 电 压 输出 ， 且 与 W成 正 比 ， 即 ： 当 其 他 条 件 不 变 时 与 W成 正 比 （ 由 于 涉 及 材 料 力 学 的 知 识 这 里 不 详 细 论 述为 什 么 ？ ） 。 U WR1 R2 R3 R4 RL U0 I E A B C D 1 1R R 2 2R R 3 3R R 4 4R R图 2-9电 子 称 传 感 器 布 置 图 为 了 提 高 测 量 精 度 ， 传 感 器 可 采 用

36、种 种 补偿 措 施 消 除 有 关 误 差 。 例 如 图 2-10是 一 种 调 零电 路 。电 桥 2(补 偿 电 桥 )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 位器 。 改 变 其 输 出 电 压 ， 用 来 抵 消 传 感 器的 零 点 偏 移 输 出 电 压 ， 因 此 调 节 W可 使 传 感 器在 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 。 02U 02U 电桥1A B C D 1 1R R 2 2R R3 3R R 4 4R R 电桥2 W U1 U2 放大电路 单片机 A/D接口电路显示 打印键盘 调零电路