測試技術(shù)基礎(chǔ)課件北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院第04章 應(yīng)變式傳感器

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1、北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制測量技術(shù)基礎(chǔ)測量技術(shù)基礎(chǔ)第四章第四章 電阻式傳感器電阻式傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：l 概述概述l 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）l 應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器l 壓阻式傳感器壓阻式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制分類分類 變阻器式變阻器式 電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 熱電阻式傳感器（溫度傳感器處介紹）熱電阻式傳感器（溫度傳感器處介紹）AlR 應(yīng)變式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的應(yīng)變式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器一種傳感

2、器4.1 概述概述 工作原理工作原理北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制4.1 概述概述 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制工作原理工作原理分類分類直線位移型、角位移型和非線性型直線位移型、角位移型和非線性型4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 特點(diǎn)特點(diǎn) (1)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩(wěn)定；(2)受環(huán)境因素受環(huán)境因素(如溫度、濕度、電磁場干擾等如溫度、濕

3、度、電磁場干擾等)影響??；影響小；(3)可以實(shí)現(xiàn)輸出可以實(shí)現(xiàn)輸出輸入間任意函數(shù)關(guān)系；輸入間任意函數(shù)關(guān)系；(4)輸出信號大，一般不需放大；輸出信號大，一般不需放大；(5)電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，需要較大的輸入能量；電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，需要較大的輸入能量；(6)分辨力較低；分辨力較低；(7)動態(tài)響應(yīng)較差，適合于緩慢量的測量。動態(tài)響應(yīng)較差，適合于緩慢量的測量。4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)用應(yīng)用 測量測量“位移位移”、“壓力壓力”、“加速度加速度”等參量。等參量。4.2 變阻器式（電位器式

4、）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制變阻器式傳感器產(chǎn)品變阻器式傳感器產(chǎn)品4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：重量的自動檢測案例：重量的自動檢測-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較重量設(shè)定重量設(shè)定原材料原材料原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：煤氣包儲量檢測案例：煤氣包儲量檢測煤氣包煤氣包

5、鋼絲鋼絲原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器-電阻電阻4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：玩具機(jī)器人案例：玩具機(jī)器人原理：電機(jī)原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制4.2 變阻器式（電位器式）變阻器式（電位器式）北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制M 精度高，測量范圍廣；精度高，測量范圍廣；M 頻率響

6、應(yīng)特性好；頻率響應(yīng)特性好；M 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕；結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕；M 可在高低溫、高速、高壓等惡劣環(huán)境下工作；可在高低溫、高速、高壓等惡劣環(huán)境下工作；M 易于實(shí)現(xiàn)小型化，固態(tài)化；易于實(shí)現(xiàn)小型化，固態(tài)化；M 價格低廉，品種多樣，便于選擇；價格低廉，品種多樣，便于選擇；M 但在大應(yīng)變狀態(tài)具有明顯非線性；但在大應(yīng)變狀態(tài)具有明顯非線性；M 由于輸出信號微弱，抗干擾能力差；由于輸出信號微弱，抗干擾能力差；M 只能測出為應(yīng)變片區(qū)域的平均應(yīng)變。只能測出為應(yīng)變片區(qū)域的平均應(yīng)變。一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永

7、剛剛胥永剛制胥永剛制二、工作原理二、工作原理電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時其電阻值將發(fā)生變化形時其電阻值將發(fā)生變化dAldAAldlAdR2F l、A、RAlR4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電阻的相對變化：電阻的相對變化：AAllRR對于半徑為對于半徑為r的圓導(dǎo)體，的圓導(dǎo)體，A=r2，A/A=2r/r又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)：又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)：Errll/,/,/)21(ERR導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量

8、導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量電阻絲材料的泊松比，一般金屬電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.30.5；壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；應(yīng)力值；應(yīng)力值；E材料的彈性模量材料的彈性模量4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制/210RRk金屬材料：金屬材料：k0以前者為主，則以前者為主，則k01+2=1.73.6半半 導(dǎo)導(dǎo) 體：體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定值主要是由電阻率相對變化所決定0kRR電阻的靈敏系數(shù)電阻的靈敏系數(shù)21/0k材料電阻率材料電阻率隨應(yīng)變引起（壓阻效應(yīng)）隨應(yīng)變引

9、起（壓阻效應(yīng)）材料的幾何尺寸變化引起的材料的幾何尺寸變化引起的4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制金屬應(yīng)變片的類型和材料金屬應(yīng)變片的類型和材料 金屬絲式金屬絲式 金屬箔式金屬箔式 金屬薄膜式金屬薄膜式回線式回線式短接式短接式 金金 屬屬 半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料材料 位移、力、力矩位移、力、力矩加速度、壓力加速度、壓力彈性敏彈性敏感元件感元件 應(yīng)變應(yīng)變 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變片應(yīng)變片外力作用外力作用被測對象表面產(chǎn)生

10、微小機(jī)械變形被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化電阻值發(fā)生相應(yīng)變化應(yīng)變片敏感柵隨同變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 敏感柵敏感柵 電阻絲電阻絲金屬應(yīng)變式金屬應(yīng)變式 基基 底底 絕緣絕緣 覆蓋層覆蓋層 保護(hù)保護(hù)三、金屬應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)與種類三、金屬應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)與種類 絲式絲式敏感柵敏感柵 箔式箔式 薄膜式薄膜式4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片應(yīng)變片電阻的

11、相對變化與應(yīng)變片縱向應(yīng)變成正比，應(yīng)變片電阻的相對變化與應(yīng)變片縱向應(yīng)變成正比，對同一電阻材料，對同一電阻材料，k0=1+2是常數(shù)。是常數(shù)。靈敏度系數(shù)多在靈敏度系數(shù)多在1.73.6之間。之間。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片 在絕緣基底上，將厚度為在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔電阻箔材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀。各種需要的形狀。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院

12、北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制（1 1）尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測量要求尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測量要求（2）可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵）可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵 （3）與被測試件接觸面積大，粘結(jié)性能好。）與被測試件接觸面積大，粘結(jié)性能好。散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。（4）橫向效應(yīng)可以忽略。）橫向效應(yīng)可以忽略。（5）蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命長。）蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命長。電阻值的分散性大電阻值的分散性大優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)

13、院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在上形成厚度在1m以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再加上保護(hù)層，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。加上保護(hù)層，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。問題：問題：難控制電阻與溫度、時間的變化關(guān)系。難控制電阻與溫度、時間的變化關(guān)系。金屬薄膜應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京

14、工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制1、應(yīng)變片的電阻值、應(yīng)變片的電阻值 應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于室溫下應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于室溫下測得的電阻值測得的電阻值 電阻系列：電阻系列：60、120、200、350、600、1000 四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)可以加大應(yīng)變片承受電壓可以加大應(yīng)變片承受電壓 輸出信號大輸出信號大敏感柵尺寸也增大敏感柵尺寸也增大電阻值大電阻值大R4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制2、應(yīng)變片的、應(yīng)

15、變片的幾何參數(shù)幾何參數(shù)四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)幾何參數(shù)：標(biāo)距幾何參數(shù)：標(biāo)距 和絲柵寬度和絲柵寬度 ，制造廠常用，制造廠常用 表示表示LbbL4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制3、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)RRK/“標(biāo)稱靈敏系數(shù)標(biāo)稱靈敏系數(shù)”：在泊松系數(shù)：在泊松系數(shù)=0.285的鋼試件受軸向單向力的鋼試件受軸向單向力（拉或壓）時，在一批產(chǎn)品中抽樣（拉或壓）時，在一批產(chǎn)品中抽樣5的產(chǎn)品來測定，取平均值的產(chǎn)品來測定，取平均值及允許公差值。及允許公差值。電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)電阻應(yīng)變片的靈敏系

16、數(shù)k 電阻絲的靈敏系數(shù)電阻絲的靈敏系數(shù)k0 粘結(jié)層傳遞變形失真粘結(jié)層傳遞變形失真存在橫向效應(yīng)存在橫向效應(yīng)原因原因靈敏系數(shù)為應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)靈敏系數(shù)為應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成直線段：沿軸向拉應(yīng)變直線段：沿軸向拉應(yīng)變 ，電阻，電阻圓弧段：沿軸向壓應(yīng)度圓弧段：沿軸向壓應(yīng)度 ，電阻電阻 xK (箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片)y四、金屬應(yīng)變片的主要特性參數(shù)四、金屬應(yīng)

17、變片的主要特性參數(shù)yxy4、橫向效應(yīng)、橫向效應(yīng)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制5、溫度誤差及其補(bǔ)償、溫度誤差及其補(bǔ)償 1、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化變化t 時，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為時，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為 ，則引起的，則引起的電阻相對變化為電阻相對變化為2、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化t 時，時，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同

18、，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化 溫度溫度誤差誤差 tKRKRRsgtt)(0000tRRRRtt00s應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；g試件的線膨脹系數(shù)試件的線膨脹系數(shù)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制相應(yīng)的虛假應(yīng)變輸出相應(yīng)的虛假應(yīng)變輸出tKtKRRsgtt)(/000由溫度變化引起的總電阻變化為由溫度變化引起的總電阻變化為tKRtRRRRsgttt)(000 單絲自補(bǔ)償法單絲自補(bǔ)償法 自補(bǔ)償法自補(bǔ)償法 組合式自補(bǔ)償法組合式自補(bǔ)償法 線

19、路補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法、熱敏電阻線路補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法、熱敏電阻溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 5、溫度誤差及其補(bǔ)償、溫度誤差及其補(bǔ)償 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 U0R1R4R3URbFFR1RbR1+RRb-RU0R1RR4R3URbR常用的最好的補(bǔ)償方法。常用的最好的補(bǔ)償方法。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡單、方便，在常溫下補(bǔ)償效果較好簡單、方便，在常溫下補(bǔ)償效果較好 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在溫度變化梯度較大的條件下

20、，很難做到工作片在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補(bǔ)償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補(bǔ)與補(bǔ)償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補(bǔ)償效果。償效果。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 粘貼在被測部位上是一種特殊應(yīng)變片，當(dāng)粘貼在被測部位上是一種特殊應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒?，溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種應(yīng)變片稱為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。利用這種這種應(yīng)變片稱為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。利用這種應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補(bǔ)應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補(bǔ)償

21、法。償法。a.選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變片選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變片 b.雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制優(yōu)點(diǎn)：容易加工，成本低，優(yōu)點(diǎn)：容易加工，成本低，缺點(diǎn)：只適用特定試件材料，溫度補(bǔ)償范圍也較窄缺點(diǎn)：只適用特定試件材料，溫度補(bǔ)償范圍也較窄 即可達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。即可達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?0tKtsgtsgK0實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)gg已知時，選擇敏感柵材已知時，選擇敏感柵材料，使料，使4.3 電阻應(yīng)變式傳

22、感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制組合自補(bǔ)償法組合自補(bǔ)償法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成 選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)調(diào)整調(diào)整R1和和R2的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電阻變化滿足的電阻變化滿足 t2t1)()(RR通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的溫度自補(bǔ)償，可達(dá)片的溫度自補(bǔ)償，可達(dá)0.45/的高的高精度精度)()(/111222112221ggttKKRRRRRRR1R24

23、.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制五、電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)五、電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù) 1.檢測電阻應(yīng)變片有無折痕、斷絲等缺陷，有缺陷的檢測電阻應(yīng)變片有無折痕、斷絲等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。應(yīng)變片不能粘貼。2.用精密電阻箱測量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中用精密電阻箱測量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中各應(yīng)變片阻值相差不得大于各應(yīng)變片阻值

24、相差不得大于0.5歐姆。歐姆。3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)砂紙打磨干凈，用酒試件表面處理：貼片處置用細(xì)砂紙打磨干凈，用酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.應(yīng)變片粘貼：在應(yīng)變片基底上擠一小滴應(yīng)變片粘貼：在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水，膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制5.焊線：用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引焊線：用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。線上。6.用兆歐表檢查應(yīng)變片

25、與試件之間的絕緣組織，用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)大于應(yīng)大于500M歐。歐。7.應(yīng)變片保護(hù)：用應(yīng)變片保護(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。防止受潮。五、電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)五、電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù) 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制六、電阻應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 1、電橋分類、電橋分類直流電橋直流電橋交流電橋交流電橋平衡電橋平衡電橋不平衡電橋不平衡電橋單臂電橋單臂電橋半橋半橋全橋全橋4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)

26、電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制2.直流電橋直流電橋平衡條件平衡條件當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=R4=R，電橋，電橋輸出：輸出：RRRRRRRRUU4321i044321i04KUU3241RRRRR1R2R4R3UiILRLU0六、電阻應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時，

27、輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應(yīng)應(yīng)變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之則為兩者之差。和；反之則為兩者之差。2.直流電橋直流電橋六、電阻應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 RRi4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制2.直流電橋直流電橋六、電阻應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 電橋供電電壓電橋供電電壓 越高，輸出電壓越高，輸出電

28、壓 越大。但是，越大。但是，當(dāng)當(dāng) 大時，電阻應(yīng)變片通過的電流也大，若超過電大時，電阻應(yīng)變片通過的電流也大，若超過電阻應(yīng)變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出阻應(yīng)變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂?，F(xiàn)蠕變和零漂。增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù) ，可提高電橋的輸，可提高電橋的輸出電壓。出電壓。iUoUiUK4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制R1橋臂變化橋臂變化R，理想的線性關(guān)系理想的線性關(guān)系 RRUU4i03.單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償六、電阻

29、應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制六、電阻應(yīng)變片的測量電路六、電阻應(yīng)變片的測量電路 實(shí)際輸出電壓實(shí)際輸出電壓 RRRRURRRUU211424ii0電橋的相對非線性誤差為電橋的相對非線性誤差為 KRRRRRRUU21211211121111003.單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制補(bǔ)償方法之一：半橋差動電橋補(bǔ)償方法之一：半橋差動

30、電橋 R1R2FRRUU20R1R2，R3R4，R1R2=R嚴(yán)格的線性關(guān)系嚴(yán)格的線性關(guān)系電橋靈敏度比單臂時提高一倍電橋靈敏度比單臂時提高一倍溫度補(bǔ)償作用溫度補(bǔ)償作用U0R1R1R4R3UR2R23.單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制輸出電壓為：輸出電壓為：110RRUU如果四個橋臂電阻都由應(yīng)變片替代，且使兩個應(yīng)變片受拉，如果四個橋臂電阻都由應(yīng)變片替代，且使兩個應(yīng)變片受拉，另兩個受壓，并將應(yīng)變符號相同的應(yīng)變片接到相對的橋臂另兩個受壓，并將應(yīng)變符號相同的應(yīng)變片

31、接到相對的橋臂上，這種接法稱為全橋差動工作電路。上，這種接法稱為全橋差動工作電路。條件：條件：R1R2R3R4且且R1R2=R3R4優(yōu)點(diǎn)：沒有非線性誤差；電壓優(yōu)點(diǎn)：沒有非線性誤差；電壓靈敏度是使用單只應(yīng)變靈敏度是使用單只應(yīng)變片的片的4倍，能溫度補(bǔ)償倍，能溫度補(bǔ)償U(kuò)0R1R1UR2R2R4R4R3R3補(bǔ)償方法之二：全橋差動電路補(bǔ)償方法之二：全橋差動電路 3.單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償單臂電橋非線性誤差及其補(bǔ)償4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制4 交流電橋交流電橋傳感器傳感器傳感器傳感器平衡條件平衡條件4231

32、ZZZZLLLL0URR0e1C2C4R1R2R3R0U1U4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變應(yīng)力、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：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)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

33、式傳感器中，敏感元件一般為各種彈變式傳感器。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；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。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。七、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用七、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 FFFF4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器

34、 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制各種懸臂梁各種懸臂梁4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜電纜各種懸臂梁各種懸臂梁4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 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4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式荷重傳感器的

35、外形及應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2 R44.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FF4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置FF4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制荷重傳感器原理演示荷重傳感器

36、原理演示 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。向變短，徑向變長。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制汽車衡汽車衡4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制汽車衡汽車衡4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制汽車衡稱重系統(tǒng)汽車衡稱重系統(tǒng)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工

37、業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電子秤電子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離顯示顯示4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電子天平電子天平 電子天平的精度可達(dá)電子天平的精度可達(dá)十萬分之一十萬分之一4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制人體秤人體秤 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制吊鉤秤吊鉤

38、秤 便攜式便攜式4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造可用于汽車、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)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程量程2500N.m，耗電量，耗電量10mA，有公制，有公制/英制單位轉(zhuǎn)英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。換、峰值保持

39、、自動斷電等功能。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：19999；分辨率：分辨率：1；電橋電壓：直流；電橋電壓：直流2.5V；應(yīng)變片：應(yīng)變片：120或其他阻值；或其他阻值；測量點(diǎn)數(shù)：測量點(diǎn)數(shù)：8/16點(diǎn)。點(diǎn)。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀靜動態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：靜動態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：量程：量程：110000頻率范圍：頻率范圍：0-150kHz

40、 平衡方式：手動平衡方式：手動 精度：精度：0.3%零點(diǎn)漂移：零點(diǎn)漂移：-/：0.1-/24小時：小時：0.5靈敏度變化：靈敏度變化：-/：0.05%-/24小時：小時：0.3%信噪比：信噪比：52dB(參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料)4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制材料應(yīng)變的測量材料應(yīng)變的測量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試 4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電阻應(yīng)變

41、式傳感器的應(yīng)用：測力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過程監(jiān)測和生產(chǎn)過程監(jiān)測4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：機(jī)器人握力測量案例：機(jī)器人握力測量4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北

42、京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制案例：振動式地音入侵探測器案例：振動式地音入侵探測器適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制容器內(nèi)液體重量（液位）傳感器容器內(nèi)液體重量（液位）傳感器 該傳感器有一根傳壓桿，該傳感器有一根傳壓桿，上端安裝腰形筒微壓傳感器，上端安裝腰形筒微壓傳感器，下端安裝感壓膜，在三者空腔下端安裝感壓膜，在三者空腔內(nèi)充滿傳壓介質(zhì)并密

43、封。內(nèi)充滿傳壓介質(zhì)并密封。由于空腔內(nèi)傳壓介質(zhì)的高由于空腔內(nèi)傳壓介質(zhì)的高度比被測溶液的高度高，因而度比被測溶液的高度高，因而腰形筒微壓傳感器處于負(fù)壓狀腰形筒微壓傳感器處于負(fù)壓狀態(tài)。態(tài)。為了提高測量的靈敏度，安裝了兩只性能完全相同的為了提高測量的靈敏度，安裝了兩只性能完全相同的微壓傳感器。微壓傳感器。4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器 在低頻（在低頻（1060Hz）振動測量中得到廣泛的應(yīng)用，）振動測量中得到廣泛的應(yīng)用，但不適用于頻率較高的振動和沖擊。但不適用于頻率較高的振動和

44、沖擊。應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1等強(qiáng)度梁 2質(zhì)量塊 3殼體 4電阻應(yīng)變片4.3 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制ERR 利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一種新的物性型傳感器。是一種新的物性型傳感器。壓阻效應(yīng)：指當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作壓阻效應(yīng)：指當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。為半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)為半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電

45、學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，比金屬絲式高優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，比金屬絲式高5080倍、尺寸倍、尺寸小，橫向效應(yīng)小，動態(tài)響應(yīng)好、精度高、小，橫向效應(yīng)小，動態(tài)響應(yīng)好、精度高、易于微型化和集成化等。易于微型化和集成化等。缺點(diǎn)：溫度系數(shù)大，應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重，穩(wěn)缺點(diǎn)：溫度系數(shù)大，應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重，穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制半導(dǎo)體應(yīng)變片的類型半導(dǎo)體應(yīng)變片的類型 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片 這是一種將半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體

46、按一定方向切這是一種將半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體按一定方向切割成的片狀小條，經(jīng)腐蝕壓焊粘貼在基片上而成的割成的片狀小條，經(jīng)腐蝕壓焊粘貼在基片上而成的應(yīng)變片。應(yīng)變片。薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片 這種應(yīng)變片是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉這種應(yīng)變片是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的試件上而制成。積在帶有絕緣層的試件上而制成。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片 將將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅單晶基底上，形成一層型硅單晶基底上，形成一層極薄的極薄的P型導(dǎo)電層，再通

47、過超聲波和熱壓焊法接上型導(dǎo)電層，再通過超聲波和熱壓焊法接上引出線就形成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。這是一種應(yīng)引出線就形成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。這是一種應(yīng)用很廣的半導(dǎo)體應(yīng)變片。用很廣的半導(dǎo)體應(yīng)變片。半導(dǎo)體應(yīng)變片的類型半導(dǎo)體應(yīng)變片的類型 4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 將半導(dǎo)體電阻做成粘貼式應(yīng)將半導(dǎo)體電阻做成粘貼式應(yīng)變片在半導(dǎo)體基片上選擇一定的變片在半導(dǎo)體基片上選擇一定的晶向位置，利用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作晶向位置，利用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測量傳感元件，基片直接作為測量敏感元件為測量傳感元件，基片直接作為

48、測量敏感元件（擴(kuò)散型壓阻傳感器或固態(tài)壓阻式傳感器）（擴(kuò)散型壓阻傳感器或固態(tài)壓阻式傳感器）應(yīng)用：主要用來測量和加速度。應(yīng)用：主要用來測量和加速度。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制核心部件：一圓形核心部件：一圓形N型硅膜片，在膜片上擴(kuò)散四個阻值相型硅膜片，在膜片上擴(kuò)散四個阻值相等的等的P型電阻，構(gòu)成平衡電橋。型電阻，構(gòu)成平衡電橋。四個電阻的配置位置按膜片上徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的分布四個電阻的配置位置按膜片上徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的分布情況來確定。情況來確定。在被測壓力在被測壓力P作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，擴(kuò)散電阻由作用下

49、，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，擴(kuò)散電阻由于壓阻效應(yīng)其電阻值發(fā)生相對變化。于壓阻效應(yīng)其電阻值發(fā)生相對變化。壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡圖1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜片 6擴(kuò)散電阻6P4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器 懸臂梁直接用單晶硅制成，四個擴(kuò)散電阻擴(kuò)散在其根懸臂梁直接用單晶硅制成，四個擴(kuò)散電阻擴(kuò)散在其根部兩面。部兩面。當(dāng)梁的自由端的質(zhì)量塊受到加速度作用時，在梁上受當(dāng)梁的自由端的質(zhì)量塊受到加速度作用時，在梁上受到彎矩和應(yīng)力，使電阻值發(fā)生變化。電阻相對變化與加速到彎矩和應(yīng)力，使電

50、阻值發(fā)生變化。電阻相對變化與加速度成正比。由四個電阻組成的電橋?qū)a(chǎn)生與加速度成正比度成正比。由四個電阻組成的電橋?qū)a(chǎn)生與加速度成正比例電壓輸出。例電壓輸出。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制壓阻式固態(tài)壓力傳感器隔離、承壓膜片可以將腐隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。片隔離開來。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制壓阻式固態(tài)壓阻式固態(tài) 壓力傳感器壓力傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號處理電路信號處理電路

51、4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對壓力傳感器絕對壓力傳感器4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管進(jìn)氣管固態(tài)壓力固態(tài)壓力傳感器傳感器4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工

52、業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制投入式液位計(jì)投入式液位計(jì) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：p1的的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。力而與液體相通。4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永

53、剛剛胥永剛制胥永剛制投入式液位計(jì)外形（投入式液位計(jì)外形（續(xù)續(xù)）壓阻式固態(tài)壓阻式固態(tài)壓力傳感器壓力傳感器光柱顯示器光柱顯示器 橡膠橡膠背壓管背壓管 4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 投入式液位傳感器安投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。體的液位測量。投入式液位傳感器投入式液位傳感器4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有高靈敏度，卓越的低頻感應(yīng)性能，使其加速度傳感具有高靈敏度，卓越的低頻感應(yīng)性能，使其加速度傳感器適用于長期中低振動頻率的測試。器適用于長期中低振動頻率的測試。應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：汽車、工民建、鐵路、橋梁等振動測試與檢測。汽車、工民建、鐵路、橋梁等振動測試與檢測。曾經(jīng)被用于江陰大橋的健康檢測中。曾經(jīng)被用于江陰大橋的健康檢測中。法國FGP公司產(chǎn)品4.4 壓阻式傳感器壓阻式傳感器