《力的測(cè)量》PPT課件.ppt

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1、第三章 力的測(cè)量,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì) 電阻應(yīng)變計(jì)，也稱(chēng)應(yīng)變計(jì)或應(yīng)變片，是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)做成的傳感器，是一種能將機(jī)械構(gòu)件上的應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感元件，是常用的傳感器之一，下圖為其構(gòu)造簡(jiǎn)圖。排列成網(wǎng)狀的高阻金屬絲構(gòu)成敏感柵1，用粘合劑粘在絕緣的基片2上。敏感柵上粘有蓋片(即保護(hù)片)3。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),電阻絲較細(xì)，一般在0.0150.06mm，其兩端焊有局的低阻鍍錫銅絲(0.10.2mm)4作為引線(xiàn)，以便與測(cè)量電路連接。圖中，l成為應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距，也成(基)柵長(zhǎng)，a稱(chēng)為(基)柵寬，l*a稱(chēng)為應(yīng)變計(jì)的使用面積。,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),使用時(shí)，用粘合劑將應(yīng)變計(jì)貼在被測(cè)事件表面上。試件形變

2、時(shí)，應(yīng)變計(jì)的敏感柵與試件一同變形，使其電阻發(fā)生變化，由測(cè)量電路將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化，再由顯示器紀(jì)錄儀將其顯示紀(jì)錄。應(yīng)變計(jì)的電阻變化是與應(yīng)變成比例的，因此，由顯示紀(jì)錄的電壓或電流的變化，可得知被測(cè)試件應(yīng)變的大小。 電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)的，下面加以介紹。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（一）、電阻應(yīng)變效應(yīng) 金屬導(dǎo)線(xiàn)的電阻值與其長(zhǎng)度L成正比，與其橫截面積S成反比，用公式表示為： 式中金屬導(dǎo)線(xiàn)的電阻率。 如果金屬導(dǎo)線(xiàn)沿其軸線(xiàn)方向產(chǎn)生變形，則其電阻值也隨其發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱(chēng)為金屬導(dǎo)線(xiàn)的應(yīng)變一電阻效應(yīng)。為了說(shuō)明產(chǎn)生這一效應(yīng)的原因，對(duì)上式取對(duì)數(shù)后，再微分得：,,,式中，dLL為金屬

3、導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度的相對(duì)變化率，用來(lái)表示，即 dSS為導(dǎo)線(xiàn)橫截面積的相對(duì)變化率，當(dāng)金屬導(dǎo)線(xiàn)為圓形截面，其直徑為D 時(shí)，則,,,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),橫向收縮和縱向伸長(zhǎng)的之比用泊松比表示，則 代入式得,,,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),由上式看出，金屬導(dǎo)線(xiàn)受力變形后，其幾何尺寸和電阻率發(fā)生變化，從而使其電阻發(fā)生變化?？梢栽O(shè)想，如果將一根直徑較細(xì)的金屬絲粘貼在工程構(gòu)件的表面上，利用金屬絲的應(yīng)變一電阻效應(yīng)把構(gòu)件表面的應(yīng)變量直接變換成金屬絲電阻的相對(duì)變化，這樣就可以用電測(cè)的方法進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（二）、金屬絲的靈敏系數(shù) 用一根直的金屬絲通過(guò)基底粘貼到被測(cè)試件上，當(dāng)被測(cè)試件受力產(chǎn)生的應(yīng)變量傳遞到金屬絲之

4、后，金屬絲的電阻發(fā)生變化。金屬絲電阻的相對(duì)變化與其所承受的應(yīng)變量有直接關(guān)系，由式得,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),令 ，代入得 K0是單根金屬絲的靈敏系數(shù)，它表示金屬絲對(duì)所承受的應(yīng)變量的靈敏程度。K0的大小受兩個(gè)因素影響：一是由(1+2u)所表達(dá)的幾何尺寸改變引起的；二是由金屬絲受力后電阻率發(fā)生變化引起的，即 。,,,,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),這就從機(jī)理上對(duì)電阻應(yīng)變效應(yīng)作了一定的說(shuō)明?？上В娮杪实降滓罁?jù)什么規(guī)律隨應(yīng)變量變化，至今尚無(wú)圓滿(mǎn)的解釋。所以K0無(wú)法從理論上求出，而只能從實(shí)驗(yàn)中求得。 一般的金屬絲在彈性區(qū)內(nèi)，泊松比u=0.2-0.4，在塑性區(qū)內(nèi),u=0.5，假如導(dǎo)線(xiàn)變形后其電

5、阻率不發(fā)生變化，則各種金屬絲的靈敏系數(shù)K0=1.41.8(彈性區(qū))或K0=2.0(塑性區(qū))。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的幾種不同材料金屬絲的靈敏系數(shù)一般都超過(guò)2.0，如表3-1所示。這說(shuō)明金屬絲變形后其電阻率發(fā)生了變化。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),電阻絲的靈敏系數(shù)K0是電阻材料的重要特性參數(shù)，在一定范圍內(nèi)，應(yīng)變與電阻變化率RR存在著線(xiàn)性關(guān)系，其比值為一常數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，康銅的 與RR之間不但有良好的線(xiàn)性關(guān)系，而且這種線(xiàn)性關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍。它說(shuō)明康銅在進(jìn)入塑性變形區(qū)以后，K0仍保持常數(shù)。這就是應(yīng)變片能用于應(yīng)變測(cè)量的理論依據(jù)。,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),由于

6、具有一定阻值的單根電阻絲的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，不便于直接使用，所以在應(yīng)變測(cè)量中通常都將電阻絲做成柵狀，稱(chēng)為敏感柵。應(yīng)當(dāng)指出，敏感柵靈敏系數(shù)與是不同的，值需由實(shí)驗(yàn)確定。 （三）、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造 下圖是目前常用的電阻絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。它由基底、黏結(jié)層、敏感柵、覆蓋層和引線(xiàn)組成。,1、3-黏結(jié)層；2-基底；4-覆蓋層；5-敏感柵；6-引線(xiàn)；7-試件,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),a基底 用以固定和支撐敏感柵、引線(xiàn)的幾何形狀和相對(duì)位置。當(dāng)應(yīng)變片粘貼在試件上后，基底與黏結(jié)劑一起把試件的變形傳給敏感柵，并使敏感柵與試件絕緣。 基底材料主要有紙和有機(jī)聚合物。用紙作基底的應(yīng)變片稱(chēng)為紙基應(yīng)變片，這種應(yīng)變片除了熱穩(wěn)定性和抗潮

7、濕性稍差外，,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),其他性能都能滿(mǎn)足使用要求，故目前在70以下的測(cè)量中多使用它。用有機(jī)聚合物(如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰亞胺等)作基底的應(yīng)變片稱(chēng)為膠基應(yīng)變片，可用于工作溫度較高，濕度很大(甚至水下)或長(zhǎng)期測(cè)量中。在高溫條件下工作的應(yīng)變片，多采用石棉、無(wú)堿玻璃布或金屬薄片等作基底。 b敏感柵,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),應(yīng)變片的核心部分，其作用是感受試件的應(yīng)變，并將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化。 敏感柵的材料應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：(1)靈敏系數(shù)保持常數(shù)，并能在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持線(xiàn)性；(2)電阻率高，可制造小型應(yīng)變片，供測(cè)量應(yīng)力集中時(shí)使用；(3)電阻溫度系數(shù)小，具有足夠的熱穩(wěn)定性；(4)加工和焊接性能

8、好，以利于制片；(5)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以防制片時(shí)被拉斷。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),上述各項(xiàng)要求很難全部滿(mǎn)足，只能根據(jù)使用條件挑選。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用電阻溫度系數(shù)較低的材料。當(dāng)測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏系數(shù)較高的材料。國(guó)產(chǎn)應(yīng)變片的敏感柵材料多用康銅、鎳鉻合金和p型單晶硅等。 c引線(xiàn),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),用以從敏感柵引出電信號(hào)的絲狀或帶狀導(dǎo)線(xiàn)。引線(xiàn)的材料一般用低阻值的鍍錫銅絲。 d覆蓋層 覆蓋層的作用是幫助基底維持敏感柵的幾何形狀，同時(shí)保護(hù)敏感柵不與外界金屬物接觸，以避免形成短路或機(jī)械損傷。覆蓋層的材料多用膠膜或浸含有有機(jī)膠液(如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等)的玻璃纖維布，也可在敏感柵上涂

9、敷制片時(shí)所用的黏結(jié)劑作為保護(hù)層。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),e黏結(jié)劑 黏結(jié)劑是具有一定電阻絕緣性能的黏結(jié)材料，用它將敏感柵固定在基底上，或?qū)?yīng)變片的基底固定在被測(cè)試件的表面上。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（四）、應(yīng)變計(jì)的分類(lèi) 從尺寸上講，長(zhǎng)的有幾百mm，短的僅0.2mm；從結(jié)構(gòu)形式上看，有單片，雙片，應(yīng)變花和各種特殊形狀的圖案；就使用環(huán)境上說(shuō)，有高溫，低溫，水，核輻射，高壓，磁場(chǎng)等；而安裝形式，有粘貼式、焊接式、噴射式、埋入式、火焰噴涂等。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),主要的分類(lèi)方法是根據(jù)敏感元件材料的不同，將應(yīng)變積分為金屬式和半導(dǎo)體式兩大類(lèi)。 1、金屬電阻應(yīng)變計(jì) 金屬電阻應(yīng)變計(jì)常見(jiàn)的形式有絲式，箔式，薄膜式等。

10、,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),絲式應(yīng)變是最早應(yīng)用的品種。金屬絲彎曲部分可做成圓弧，瑞角或直角，如圖所示。彎曲部分做成圓弧(U)形勢(shì)最早常用的一種形式，制作簡(jiǎn)單但橫向效應(yīng)相對(duì)較大，制作工藝復(fù)雜，將逐漸被橫向效應(yīng)小，其他方面性能更優(yōu)越的箔式應(yīng)變計(jì)所代替。,（a）普通絲式；（b）短接絲式；（c）箔式；（d）半導(dǎo)體應(yīng)變片,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),箔式應(yīng)變計(jì)的線(xiàn)柵是通過(guò)光刻，腐蝕等工藝制成很薄的金屬薄柵(厚度一般在0.0030.01mm)。與絲式應(yīng)變計(jì)相比有如下優(yōu)點(diǎn)： 工藝上能保證線(xiàn)柵的尺寸正確，線(xiàn)條均勻，大批量生產(chǎn)時(shí)，阻值離散程度小。 可根據(jù)需要制成任意形狀的箔式應(yīng)變計(jì)和微型小基長(zhǎng)(如基長(zhǎng)為0.1mm)的應(yīng)變計(jì)。

11、,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),敏感柵截面積為矩形，表面積大，散熱好，在相同截面情況下能通過(guò)較大電流（直徑為0.025mm的康銅絲式應(yīng)變片允許電流為35mA，箔式片可大幾倍）。 厚度薄，具有較好的可撓性，它的扁平狀箔柵有利于形變的傳遞。 蠕變小，疲勞壽命高。 橫向效應(yīng)小。 便于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),薄膜式應(yīng)變計(jì)是采用真空濺射或真空沉積技術(shù)，在薄的絕緣基片上蒸鍍金屬電阻薄膜(厚度在零點(diǎn)幾納米到幾百納米)，再加上保護(hù)層制成。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，允許通過(guò)的電流密度大，工作溫度范圍廣，可工作于-197317，也可用于核輻射等特殊情況下。 制作應(yīng)變計(jì)敏感元件的金屬材料應(yīng)有如

12、下要求：,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),電阻率大。這樣，在一定電阻值要求下，同樣線(xiàn)徑，所需電阻絲長(zhǎng)度短。 電阻溫度系數(shù)小。高溫使用時(shí)，還要求耐高溫氧化性能好。 具有良好的加工焊接性能。 因此，常用的敏感元件材料是康銅(銅鎳合金)。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),2、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì) 它是用p型或n型硅或鍺的單晶體為材料，按應(yīng)力引起電阻變化最大的晶軸方向，經(jīng)過(guò)切片、磨片、腐蝕、制作、焊接電極、片子老化處理、粘貼、加溫和加壓等工藝制成示意圖,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)：靈敏系數(shù)大，比金屬應(yīng)變計(jì)的靈敏度約大50100倍，輸出信號(hào)大，以致不需放大就可以用示波器等簡(jiǎn)單儀器紀(jì)錄測(cè)量結(jié)果。此外，

13、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小、尺寸小等。,半導(dǎo)體,定義： 指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。這種材料在某個(gè)溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而增加電荷載流子的濃度，電阻率下降,負(fù)的電阻溫度系數(shù) 。半導(dǎo)體在收音機(jī)、電視機(jī)以及測(cè)溫上有著廣泛的應(yīng)用。鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體；還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等 。,,,半導(dǎo)體,半導(dǎo)體應(yīng)用 ：最早的實(shí)用“半導(dǎo)體”是電晶體（Transistor）/ 二極體（Diode）。 一、在無(wú)線(xiàn)電收音機(jī)（Radio）及電視機(jī)（Television）中，作為“訊號(hào)放大器 /整流器”用。 二、近來(lái)發(fā)展太陽(yáng)能（Solar Power）

14、，也用在光電池（Solar Cell）中。,半導(dǎo)體,三、半導(dǎo)體可以用來(lái)測(cè)量溫度，測(cè)溫范圍可以達(dá)到生產(chǎn)、生活、醫(yī)療衛(wèi)生、科研教學(xué)等應(yīng)用的70%的領(lǐng)域，有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，分辨率可達(dá)0.1，甚至達(dá)到0.01也不是不可能，線(xiàn)性度0.2%，測(cè)溫范圍-100+300，是性?xún)r(jià)比極高的一種測(cè)溫元件。 半導(dǎo)體照明 ：半導(dǎo)體發(fā)光二極管,半導(dǎo)體,晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開(kāi)關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開(kāi)關(guān)，和一般機(jī)械開(kāi)關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊

15、號(hào)來(lái)控制，而且開(kāi)關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。,半導(dǎo)體,同電子管相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性： 構(gòu)件沒(méi)有消耗無(wú)論多么優(yōu)良的電子管，都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術(shù)上的原因，晶體管制作之初也存在同樣的問(wèn)題。隨著材料制作上的進(jìn)步以及多方面的改善，晶體管的壽命一般比電子管長(zhǎng)100到1000倍，稱(chēng)得起永久性器件的美名。 消耗電能極少僅為電子管的十分之一或幾,半導(dǎo)體,十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子。一臺(tái)晶體管收音機(jī)只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽(tīng)下去，這對(duì)電子管收音機(jī)來(lái)說(shuō)，是難以做到的。 不需預(yù)熱一開(kāi)機(jī)就工作。例如，晶體管收音機(jī)一開(kāi)就

16、響，晶體管電視機(jī)一開(kāi)就很快出現(xiàn)畫(huà)面。電子管設(shè)備就做不到這一點(diǎn)。開(kāi)機(jī)后，非得等一會(huì)兒才聽(tīng)得到聲音，看得到畫(huà)面。顯然，在軍事、測(cè)量、記錄等,半導(dǎo)體,方面，晶體管是非常有優(yōu)勢(shì)的。 結(jié)實(shí)可靠比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動(dòng)，這都是電子管所無(wú)法比擬的。另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計(jì)小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡(jiǎn)便，有利于提高元器件的安裝密度。,半導(dǎo)體,晶體管還特別適合用作開(kāi)關(guān)。它也是第二代計(jì)算機(jī)的基本元件。人們還常常用硅晶體管制造紅外探測(cè)器。就連可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵靥?yáng)能電池也都能用晶體管制造。,半導(dǎo)體,太陽(yáng)能光伏:光伏板組件

17、是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。 把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱器受陽(yáng)光照射面溫度高，集熱管背陽(yáng)面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。,,,,,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（四）、電阻應(yīng)變片的工作特性 電阻應(yīng)變片是一種重要的敏感元件。它在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中是測(cè)量應(yīng)變和應(yīng)力的主要傳感元件。應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量應(yīng)變的靈敏度和精確度高,測(cè)量范圍大,尺寸小，重量輕，對(duì)試件工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響很小,能適應(yīng)各種環(huán)境,價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇和大量使用。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),應(yīng)變片的

18、缺點(diǎn)：在大應(yīng)變下具有較大的非線(xiàn)性，半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的非線(xiàn)性更為明顯；輸出信號(hào)較微弱，故抗干擾能力較差。 1、電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) 電阻應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化 與應(yīng)變 之間在很大范圍內(nèi)是線(xiàn)形的，即 。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏度系數(shù)k主要取決于敏感柵材料的靈敏系數(shù)，但兩者又不相等，其原因:一是由于橫柵的存在（以絲式應(yīng)變片為例），使制成敏感柵之后的靈敏系數(shù)小于金屬絲的靈敏系數(shù)；二是試件表面的變形是通過(guò)基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵，由于端部過(guò)渡區(qū)的影響又使應(yīng)變片的靈敏系數(shù)小于敏感柵的靈,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),敏系數(shù)，此差值不僅與基底和黏結(jié)劑的種類(lèi)有關(guān)，還受黏結(jié)劑的固化程度以及應(yīng)變片安裝質(zhì)量的影

19、響。因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是受多種因素影響的綜合性指標(biāo)。 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是應(yīng)變片最重要的參數(shù)之一，在直接測(cè)量零件應(yīng)力時(shí)，需根據(jù)靈敏系數(shù)進(jìn)行測(cè)量和換算。在實(shí)際使用中，應(yīng)盡可能選用靈敏系數(shù)大，穩(wěn)定好的應(yīng)變片，以使傳感器有較大的輸出，,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),提高測(cè)量精度。靈敏系數(shù)的名義值是通過(guò)抽樣試驗(yàn)確定的，因此是一個(gè)平均值。 2、 電阻應(yīng)變片的許用電流 應(yīng)變片接入測(cè)量電路中，其敏感柵允許通過(guò)的最大工作電流叫做應(yīng)變片的許用電流。當(dāng)應(yīng)變片通過(guò)電流時(shí)，由于焦耳熱量，使應(yīng)變片溫度不斷升高。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，由于熱效應(yīng)，一方面引起應(yīng)變儀指針漂移，另一方面黏結(jié)劑開(kāi)始軟化，不能把,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),試件

20、變形全部傳遞給敏感柵，于是產(chǎn)生測(cè)量誤差。嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)把基底燒毀，因此必須對(duì)通過(guò)應(yīng)變片的最大電流予以限制。為了保證測(cè)量精度，靜態(tài)測(cè)量時(shí)，一般小于25mA；動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，可達(dá)到到75mA，甚至達(dá)到100mA。箔式應(yīng)變片散熱條件好，可取稍大些。 3 、電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),將同樣長(zhǎng)的金屬線(xiàn)材做成敏感柵后，對(duì)同樣應(yīng)變，應(yīng)變計(jì)敏感柵的電阻變化較小，靈敏度有所下降。這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變計(jì)的橫向效應(yīng)。 為了減小橫向效應(yīng)，可采用直角線(xiàn)柵式應(yīng)變計(jì)或箔式應(yīng)變計(jì)。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),4、應(yīng)變片的溫度效應(yīng) 電阻應(yīng)變片是利用金屬細(xì)絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)測(cè)量應(yīng)變的，由于環(huán)境溫度變化也會(huì)引起金

21、屬絲的電阻變化，這樣就在測(cè)量應(yīng)變的結(jié)果中引進(jìn)了附加的影響。由溫度變化引起應(yīng)變片的電阻變化，稱(chēng)為電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。應(yīng)變片的溫度效應(yīng)是一種虛假應(yīng)變（也稱(chēng)為熱輸出），必須在測(cè)量中消除，否則將會(huì)大大降低測(cè)量精度。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),溫度對(duì)應(yīng)變片電阻值的影響很大，其原因如下： （1）、當(dāng)溫度變化時(shí)，由于應(yīng)變片敏感柵材料本身的溫度效應(yīng)引起應(yīng)變片電阻值改變；（2）、應(yīng)變片粘貼在試件上之后，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于應(yīng)變片和試件材料的熱膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加變形（伸長(zhǎng)或縮短），從而使電阻值發(fā)生附加變化;,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（3）、由于溫度升高，黏結(jié)劑強(qiáng)度降低并軟化產(chǎn)生蠕變，試件的變形將不能準(zhǔn)確地傳遞給

22、敏感柵，故使應(yīng)變片的靈敏系數(shù)也降低（相當(dāng)于應(yīng)變量減?。?。這些虛假應(yīng)變是相當(dāng)大的，有時(shí)甚至?xí)^(guò)被測(cè)量的機(jī)械應(yīng)變值。因此，在應(yīng)變片粘貼在試件上之后，除了機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生電阻變化外，溫度變化引起的電阻變化也疊加上去了，形成虛假應(yīng)變信號(hào)，從而造成測(cè)量誤差。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),由此可見(jiàn)，溫度的影響不容忽視。為了提高測(cè)量精度，必須采取溫度補(bǔ)償措施，以消除或降低溫度帶來(lái)的影響。常用的溫度補(bǔ)償法有兩種：橋路補(bǔ)償法和溫度補(bǔ)償法，此兩種方法適用于常溫場(chǎng)合。若溫度過(guò)高，必須采用冷卻水套冷卻；若溫度再高，則需采用高溫應(yīng)變片和高溫黏結(jié)劑。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),5、應(yīng)變片的機(jī)械滯后 應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件上后，當(dāng)溫度恒定

23、時(shí)，應(yīng)變片的指示應(yīng)變與構(gòu)件表面的機(jī)械應(yīng)變之間應(yīng)當(dāng)是一個(gè)確定的關(guān)系，不論是加載還是卸載過(guò)程都應(yīng)當(dāng)如此。然而實(shí)驗(yàn)表明（如圖3-7所示），在增加或減少機(jī)械應(yīng)變的過(guò)程中，對(duì)于同一機(jī)械應(yīng)變量，應(yīng)變片的指示應(yīng)變有一個(gè)差值，此差值即為機(jī)械滯后。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),新安裝的應(yīng)變片，第一次承受應(yīng)變載荷時(shí)，常常產(chǎn)生較大的機(jī)械滯后，經(jīng)過(guò)幾次加載卸載循環(huán)之后，機(jī)械滯后便明顯地減少。所以，在正式測(cè)試之前都要預(yù)先加卸載若干次，一般不少于三次，以減少機(jī)械滯后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),機(jī)械滯后的產(chǎn)生主要是由于敏感柵、基底和黏結(jié)劑在承受機(jī)械應(yīng)變之后留下的殘余變形所致。制造或安裝應(yīng)變片時(shí)，黏結(jié)劑固化不好或應(yīng)變片在

24、高溫下工作時(shí)，機(jī)械滯后都會(huì)增加。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（五）、 電阻應(yīng)變片的選用 1、應(yīng)變片的選擇與檢查 根據(jù)被測(cè)構(gòu)件材質(zhì)、形狀、受力狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、零件外形尺寸、使用期限和配套儀器等因素選擇合適的應(yīng)變片。 （1）應(yīng)變片的尺寸選擇。一般應(yīng)力測(cè)點(diǎn)多時(shí)，選用210mm的應(yīng)變片；如果貼片空間允許，應(yīng)選用標(biāo)距大的應(yīng)變片；對(duì)集中應(yīng),第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),力和沖擊應(yīng)力的測(cè)量時(shí)，選用小標(biāo)距應(yīng)變片；對(duì)材質(zhì)不均勻、強(qiáng)度不等的材料，選用大標(biāo)距應(yīng)變片。 （2）應(yīng)變片的電阻值，一般應(yīng)變儀的制造都以120為標(biāo)準(zhǔn)。提高供橋電壓，是為了使傳感器得到較大的電壓輸出，故應(yīng)選用較高阻值的應(yīng)變片，常選3

25、50或更高些。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（3）應(yīng)變片的外觀檢查：用放大210倍的放大鏡檢查應(yīng)變片敏感柵是否平直整齊，應(yīng)變片柵間是否有粘貼不好的地方。紙基片要查看有無(wú)霉斑和銹點(diǎn)。箔式應(yīng)變片還應(yīng)檢查敏感柵上有無(wú)針孔、缺口和裂紋。 2、應(yīng)變片的粘貼工藝 （1）試件表面處理,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),為使應(yīng)變片牢固地粘貼在試件表面上，必須對(duì)試件表面進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)處理，處理面積約為應(yīng)變片的23倍。首先除去油污、銹斑、涂料、氧化膜和鍍層等，使之露出試件材料表面，然后用紗布或砂紙交叉打磨。用浸有丙酮、四氯化碳溶劑的紗布或脫脂棉球進(jìn)行擦洗，直至棉球不見(jiàn)黑跡為止。如環(huán)境濕度大，還應(yīng)對(duì)試件加熱烘干，使水分蒸發(fā)，然后再貼片。

26、,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),（2）貼片 用脫脂棉蘸丙酮或無(wú)水乙醇擦洗處理好的貼片表面及應(yīng)變片的背面，晾干后均勻地涂粘結(jié)劑，開(kāi)始濃縮時(shí)（時(shí)間視膠種類(lèi)及溫度而定，一般以手指觸試不粘手，但留下指痕為度）將應(yīng)變片貼上并找正位置。然后墊上一層玻璃紙，用手指滾壓趕出氣泡，使片貼牢。膠層（包括片基）約5080um左,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),右。如發(fā)現(xiàn)有粘貼不牢處或翹起現(xiàn)象（尤其是在柵絲端部），可再補(bǔ)膠擠壓，然后加壓晾干。 （3）固化處理 對(duì)室溫固化黏結(jié)劑，貼片后加一定壓力或指壓固化后即可。如用加熱固化黏結(jié)劑貼片，則要按規(guī)定的固化規(guī)范加熱固化。加壓時(shí)應(yīng)先墊一層聚四氟乙烯薄膜或玻璃紙，再墊橡皮或毛氈加壓固化。,第一節(jié) 電

27、阻應(yīng)變計(jì),（4） 粘貼質(zhì)量檢查 首先檢查應(yīng)變片是否貼正、貼牢，有無(wú)氣泡和發(fā)皺現(xiàn)象。然后用萬(wàn)用表檢查應(yīng)變片有無(wú)無(wú)壓壞和斷絲，最后用高阻表或搖表（對(duì)膠基應(yīng)變片可用100V以下?lián)u表）檢查柵絲與試件間的絕緣（一般應(yīng)在500M以上）。 3 、導(dǎo)線(xiàn)的處理,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),A 應(yīng)變片引線(xiàn)的固定 為防止應(yīng)變片引線(xiàn)被拉斷，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行保護(hù)固定。一般常溫下可采用在引線(xiàn)下面粘貼一層橡皮膏（氯化鋅橡皮膏或其他絕緣膠帶），然后在引線(xiàn)上面再蓋覆蓋層使引線(xiàn)固定。或用固定端子粘貼在適當(dāng)位置進(jìn)行連接。不論用哪種固定方法，都應(yīng)使引線(xiàn)呈彎形，具有拉伸余量，與試件間要有良好的絕緣。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),B導(dǎo)線(xiàn)的焊接 導(dǎo)線(xiàn)接頭處多用

28、錫焊，一般用熔點(diǎn)約180左右的焊錫（40鉛、60錫）。焊劑用松香或無(wú)瘸蝕性焊錫膏。電烙鐵通常用4060W，細(xì)導(dǎo)線(xiàn)和應(yīng)變片引線(xiàn)的焊接宜用30W以下。焊接前先做好準(zhǔn)備工作，焊接時(shí)迅速準(zhǔn)確，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免產(chǎn)生過(guò)多的氧化物或損壞應(yīng)變片的基底和絲柵。焊點(diǎn)要豐滿(mǎn)光滑，牢固可靠，切忌虛焊。焊完要用丙酮或酒精等溶劑將焊劑清洗干凈。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),4 、應(yīng)變片的防護(hù) 為保證應(yīng)變片的絕緣應(yīng)采取妥善的防護(hù)措施，使潮氣、水、油與應(yīng)變片隔絕。目前采用的防護(hù)劑大致有：石蠟涂料、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛一縮醛類(lèi)膠等。 防潮劑涂層的范圍一般應(yīng)從應(yīng)變片基底四周各向外擴(kuò)展1015mm，要把應(yīng)變片膠層,第一節(jié) 電阻應(yīng)變計(jì),引線(xiàn)和與

29、它連接的導(dǎo)線(xiàn)以及焊點(diǎn)等全部覆蓋上。涂層的厚度，薄的0.1mm，厚的2mm左右。太厚了對(duì)試件有局部加強(qiáng)效應(yīng)而影響測(cè)量精度。在大應(yīng)變情況下，涂層太厚有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋,第二節(jié) 測(cè)量電路,在電阻應(yīng)變測(cè)量中，由于應(yīng)變片的電阻變化很小（一般在百分之幾至萬(wàn)分之幾），用一般的測(cè)量?jī)x表不能精確地直接測(cè)量出來(lái)。因此必須采用一定形式的測(cè)量電路，將這微小的電阻變化量轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。再經(jīng)電子放大器放大，然后用儀表顯示或記錄。通常采用的測(cè)量電路有電橋電路和電位計(jì)式電路。而電橋電路又分直流電橋電路、交流電橋電路和雙電橋電路。,第二節(jié) 測(cè)量電路,一、 電橋電路及分類(lèi) 電橋電路可測(cè)量10-3l0-5數(shù)量級(jí)的微小電阻的變化，

30、精度高，穩(wěn)定性好，易于進(jìn)行溫度補(bǔ)償，所以電橋電路應(yīng)用十分廣泛。 電橋可有下述幾種分類(lèi)方法 A 按供橋電源分 （1）直流電橋。即采用直流電源供橋，當(dāng)電橋輸出信號(hào)功率足夠大，而不采用放大環(huán)節(jié)時(shí)，或采用自激調(diào)制放大環(huán)節(jié)時(shí)，可采用直流電橋。,第二節(jié) 測(cè)量電路,（2）交流電橋。一般采用頻率較高（音頻范圍）的交流電源。當(dāng)采用載波調(diào)制放大環(huán)節(jié)時(shí)，可采用交流電橋。 B 按電橋工作方式分 （1）平衡電橋。測(cè)量前將電橋調(diào)整為平衡狀態(tài)。測(cè)量時(shí)因橋臂阻值發(fā)生變化使電橋失去平衡，此時(shí)調(diào)節(jié)電橋的某橋臂的電阻值，使電橋回復(fù)到平衡狀態(tài)，即電橋輸出,第二節(jié) 測(cè)量電路,為零。再以該橋臂電阻的調(diào)整量讀出被測(cè)信號(hào)的大小。這種方法也叫

31、“零讀法”。平衡電橋的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，因?yàn)樽x數(shù)與電源電壓無(wú)關(guān)。但此法讀數(shù)前要經(jīng)過(guò)平衡調(diào)節(jié)，故只用于靜態(tài)測(cè)量。 （2）不平衡電橋。測(cè)量前將電橋調(diào)整為平衡狀態(tài)。測(cè)量時(shí)因橋臂阻值發(fā)生變化使電橋失去平衡，此時(shí)可在其測(cè)量端接指示儀表直接讀出輸出的電壓或電流值。若測(cè)量端接示波器記錄，可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。,第二節(jié) 測(cè)量電路,第二節(jié) 測(cè)量電路,C 按電橋的輸出信號(hào)分 （1）電壓輸出電橋。當(dāng)電橋的輸出端接放大器（如應(yīng)變儀的放大器）時(shí)，因放大器的輸入阻抗高，遠(yuǎn)大于電橋的輸出阻抗，電橋的輸出端可視為開(kāi)路狀態(tài)，即只有電壓輸出，則該類(lèi)電橋稱(chēng)為電壓輸出電橋。 （2）功率輸出電橋。當(dāng)電橋的輸出端接電流表（內(nèi)阻極小）時(shí)，為使電

32、流表得到最大,第二節(jié) 測(cè)量電路,功率，要求電流表內(nèi)阻與電橋輸出電阻相匹配，該類(lèi)電橋稱(chēng)為功率輸出電橋。 D 按電橋臂阻值分 （1）全等臂電橋。4個(gè)橋臂的阻值均相等，即在圖3-8中，R1R2R3R4R。 （2）半等臂電橋。即在圖3-8中，R1R2Ra，R3R4Rb，RaRb。,第二節(jié) 測(cè)量電路,二、 電橋工作原理 最簡(jiǎn)單的電橋電路如圖3-9所示，它由4個(gè)橋臂電阻頭尾相接而成。一個(gè)電橋可取為應(yīng)變片，從1、1,2為應(yīng)變片或14均為應(yīng)變片的等幾種形式。當(dāng)為前兩種形式時(shí)，在其余橋臂中接入電阻溫度系數(shù)很小的精密無(wú)感固定電阻。頂點(diǎn)A、C和B、D分別稱(chēng)為電橋的輸入端和輸出瑞（在電工技術(shù)里常稱(chēng)為電源端和測(cè)量端）。

33、,第二節(jié) 測(cè)量電路,下面，推導(dǎo)輸入端加有一定電壓時(shí)，電橋輸出電壓的表達(dá)式。電橋的輸入電壓（電橋電源）可以是直流或交流的。為了能用簡(jiǎn)單的方式說(shuō)明問(wèn)題，不妨假定圖中的電源為直流。在對(duì)于直流電橋和交流電橋而言，其一般規(guī)律是相同的。,第二節(jié) 測(cè)量電路,第二節(jié) 測(cè)量電路,先討論輸出端開(kāi)路的情況，它最簡(jiǎn)單，但卻很有意義。因?yàn)?，?yīng)變電橋的輸出總是接到電子放大器的輸入端，而放大器的輸入阻抗一般很大，以致可近似認(rèn)為電橋輸出端是開(kāi)路的（實(shí)際上是流過(guò)測(cè)量端的電流很?。?。在電橋設(shè)計(jì)中，這種電橋稱(chēng)為電壓橋。這樣，問(wèn)題就變?yōu)榍驜、D兩點(diǎn)間的電位差。,第二節(jié) 測(cè)量電路,如圖所示，設(shè)輸入電壓E恒定。因?yàn)锽D間開(kāi)路，故電流

34、 電阻和上的電壓降分別為,,,,,第二節(jié) 測(cè)量電路,它們分別等于A點(diǎn)與B點(diǎn)，A點(diǎn)與D點(diǎn)之間的電位差，即 將兩式相減，可得D、B兩點(diǎn)間的電位差即電橋輸出電壓為,,,,第二節(jié) 測(cè)量電路,記為,,第二節(jié) 測(cè)量電路,當(dāng) U=0時(shí)，表示電橋處于平衡，得 ，此即直流電橋的平衡條件。如果原處于平衡的電橋，各臂阻值分別有變化，電橋的輸出電壓將如何？得（3-2）,,,第二節(jié) 測(cè)量電路,注意，此式推導(dǎo)中利用了電橋平衡條件，而且是針對(duì)等臂或半等臂電橋。因此，在測(cè)試中接橋時(shí)，應(yīng)予注意。,第二節(jié) 測(cè)量電路,如果電橋四臂均接入相同的應(yīng)變片，則據(jù)式(3-3）有,,第二節(jié) 測(cè)量電路,以上所講

35、，是電壓橋，其電橋輸出端為開(kāi)路的情況。如果電橋負(fù)載為有限值，將對(duì)電橋的輸出電壓產(chǎn)生什么影響？在圖 3-10中，應(yīng)變電橋輸出瑞接有負(fù)載電阻。,第二節(jié) 測(cè)量電路,第二節(jié) 測(cè)量電路,在有些電阻應(yīng)變儀中，為了使電橋功率能更有效的輸出，選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)載電阻使得電橋功率輸出最大，這種電橋稱(chēng)為功率橋。 從電工學(xué)得知當(dāng)電橋負(fù)載電阻與電橋內(nèi)阻相等時(shí)，電橋輸出功率最大此時(shí)獲得最佳匹配。與電壓橋相同推導(dǎo)方法，可以得到，在等臂電橋中，當(dāng)各臂阻值發(fā)生變化時(shí)，功率橋輸出電壓與電流為,第二節(jié) 測(cè)量電路,由上可見(jiàn)，功率橋輸出電壓為電壓橋的一半，但電橋各橋臂阻值變化對(duì)電壓影響的規(guī)律完全相同。,,第二節(jié) 測(cè)量電路,三、電橋的和差特

36、性 式中應(yīng)變以代數(shù)值代入，拉應(yīng)變?yōu)檎龜?shù)，壓應(yīng)變?yōu)樨?fù)數(shù)，可以看出，電橋的輸出電壓與電阻變化（或應(yīng)變）的符號(hào)有關(guān)，并可以得出電橋的和差特性：相鄰臂電阻變化（或應(yīng)變），同號(hào)相減，異號(hào)相加；相對(duì)臂電阻變化（或應(yīng)變），同號(hào)相加，異號(hào)相減。該特性是應(yīng)變測(cè)量中布片組橋與溫度補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。,第二節(jié) 測(cè)量電路,為了提高電橋靈敏度，對(duì)于二臂或四臂工作的電橋，在組橋連線(xiàn)時(shí)，一定要把電阻變化（應(yīng)變）符號(hào)相同的應(yīng)變片接在相對(duì)橋臂而電阻變化（應(yīng)變）符號(hào)相反的應(yīng)變片接在相鄰橋臂。 四、橋路的溫度補(bǔ)償 1、電橋補(bǔ)償法 由于溫度的變化引起應(yīng)變片電阻值的變化，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)相當(dāng)大的誤差，,第二節(jié) 測(cè)量電路,因此必須采取溫度補(bǔ)償措

37、施。利用電橋和差特性原理補(bǔ)償是一種既簡(jiǎn)單又完善的補(bǔ)償方法。在測(cè)量時(shí)，應(yīng)變片不僅要感受到來(lái)自試件表面的應(yīng)變，而且要“感受”到由于溫度變化而產(chǎn)生的虛假應(yīng)變 。只要通過(guò)恰當(dāng)?shù)牟计拖鄳?yīng)的組橋，使電橋輸出表達(dá)式中不含 ，測(cè)量結(jié)果中就不會(huì)受溫度變化的影響，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?,第二節(jié) 測(cè)量電路,對(duì)單臂工作電橋，必須采用補(bǔ)償片。在圖所示的電橋電路中，R3、R4為應(yīng)變儀內(nèi)部精密無(wú)感電阻，R1、R2是兩個(gè)同型號(hào)、同規(guī)格的應(yīng)變片，R1貼在被測(cè)試件上，使之與試件一起變形，叫做工作片。R2貼在另一與被測(cè)試件材料完全相同，且置于與R1片同一溫度場(chǎng)中不受力的補(bǔ)償塊上。R2叫做溫度補(bǔ)償片。,第二節(jié) 測(cè)量電路,因此，

38、溫度變化引起的電阻變化量（R1）t和（R2）t或和數(shù)值相等，符號(hào)相同。由于R1與R2接在橋路內(nèi)相鄰臂上，則由電橋和差特性可知，（R1）t和（R2）t或和在電橋輸出表達(dá)式中互相抵消，這樣應(yīng)變片的溫度效應(yīng)在橋路中就得到補(bǔ)償。 一般情況下，接入同一電橋各臂的應(yīng)變片型號(hào)和規(guī)格是相同的，因此不管它們貼片方向如何，只要置于同一溫度場(chǎng)中，,第二節(jié) 測(cè)量電路,由于溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化量（或“感受”到的虛假應(yīng)變）都是相同的。 對(duì)單臂工作電橋，溫度補(bǔ)償片必須貼在不受力的補(bǔ)償塊上。而在相鄰臂為工作臂的雙臂電橋和四臂工作電橋中，由于相鄰臂的工作片已能對(duì)溫度效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，因此無(wú)需另外再貼溫度補(bǔ)償片，因工作片本身就是

39、溫度補(bǔ)償片了。這樣就簡(jiǎn)化了測(cè)量工作。,第二節(jié) 測(cè)量電路,第二節(jié) 測(cè)量電路,2、其他溫度補(bǔ)償方法 （1）、輔助測(cè)溫元件微型計(jì)算機(jī)補(bǔ)償法,第二節(jié) 測(cè)量電路,（2）雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì) 圖3-11電阻溫度系數(shù)符號(hào)不同的雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì),第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件來(lái)測(cè)量應(yīng)變的專(zhuān)用電子儀器稱(chēng)為電阻應(yīng)變儀。它的功能是將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大，向顯示記錄器輸出按被測(cè)量（應(yīng)變、應(yīng)力、力等）變化的電信號(hào)。 一、 應(yīng)變儀的分類(lèi) 應(yīng)變儀的種類(lèi)很多，根據(jù)不同的著眼點(diǎn)，有不同的分類(lèi)方法。,,,,,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,1、 根據(jù)應(yīng)變儀中放大器的種類(lèi)分 A 直流放大式應(yīng)變儀 它采用直流電橋，

40、放大器則采用差分放大器或調(diào)制型直流放大器。由于系直流供電，不存在分布電容的影響，故可使用較長(zhǎng)的連接導(dǎo)線(xiàn)，易于預(yù)調(diào)平衡，并且工作頻率范圍較寬010kHz）。但是，為解決直流放大器的零漂問(wèn)題，這種應(yīng)變儀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高。它適用于對(duì)被測(cè)量的靜態(tài)測(cè)量。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,B 載波放大式應(yīng)變儀 它采用交流電橋，放大器則是載波式放大器，整個(gè)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用廣泛。它的缺點(diǎn)是容易受分布電容的影響，連接導(dǎo)線(xiàn)不能太長(zhǎng)，預(yù)調(diào)平衡較麻煩。它適用于對(duì)被測(cè)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2 、根據(jù)應(yīng)變儀所測(cè)應(yīng)變的頻率響應(yīng)范圍分 A 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀,,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,工作頻率為0Hz，用以測(cè)量靜應(yīng)變。采用交流供橋-

41、載波放大形式的靜態(tài)應(yīng)變儀的一般原理框圖如圖3-12所示。它一般采用雙電橋零讀法，即兩組電橋通常保持平衡狀態(tài)。當(dāng)測(cè)量應(yīng)變片的阻值隨機(jī)械變形而變化時(shí)，測(cè)量橋失去平衡。此時(shí)相應(yīng)地調(diào)整讀數(shù)橋上可調(diào)電阻，以讀數(shù)橋輸出的不平衡電壓來(lái)平衡測(cè)量電橋輸出的信號(hào)電壓，使指示器指零，從讀數(shù)橋的橋臂電阻變化讀得被測(cè)值的大小。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,雙橋零讀法不僅具有測(cè)量橋四臂可同時(shí)工作和與電源電壓波動(dòng)無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，而且讀數(shù)橋的橋臂可采用低阻值的精密線(xiàn)繞無(wú)感電阻，便于制造。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀每次只能測(cè)一個(gè)點(diǎn)，即只能和相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片構(gòu)成一個(gè)應(yīng)變電橋。測(cè)另一個(gè)點(diǎn)時(shí)，需要重新接線(xiàn)，構(gòu)成另外一個(gè)電橋。當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)，必須配用多點(diǎn)預(yù)

42、調(diào)平衡箱，以解決接點(diǎn)和預(yù)調(diào)平衡問(wèn)題。,,所有測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片均預(yù)先連接于箱體上，然后靠開(kāi)關(guān)逐點(diǎn)轉(zhuǎn)換接入應(yīng)變儀，并可在測(cè)量前對(duì)每個(gè)電橋進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。其中又分為手動(dòng)預(yù)調(diào)平衡和切換及自動(dòng)預(yù)調(diào)平衡和切換兩類(lèi)。 B 靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀 靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀用以測(cè)量工作頻率在0200Hz的靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變。這種應(yīng)變儀用于測(cè)量靜態(tài)應(yīng)變時(shí)，可配用預(yù)調(diào)平衡箱作多點(diǎn)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量，且設(shè)有靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)裝置；,,用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，只能測(cè)量一個(gè)測(cè)點(diǎn)。 靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀基本結(jié)構(gòu)與靜態(tài)應(yīng)變儀相似，電橋部分也是采用雙橋零讀法。但為滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的需要，除有平衡指示外，在相敏檢波器后還需加設(shè)低通濾波器。經(jīng)濾波后，才能將信號(hào)送到記錄器記錄。

43、C 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀工作頻率一般為02kHz（個(gè)別達(dá)10kHz），采用直讀法，并配備顯示記錄儀表進(jìn)行顯示記錄。傳統(tǒng)的采用交流供橋-載波放大形式的動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的一般原理框圖如圖3-13所示。它采用單電橋直讀法，即將測(cè)量電橋輸出的信號(hào)電壓（或電流）放大后直接指示被測(cè)值的大小。另外設(shè)有標(biāo)定橋作為應(yīng)變信號(hào)的比較基準(zhǔn)。一臺(tái)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀有多個(gè)通道，每一個(gè)通道只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)。例如，Y6D3A型。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,D 超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀 它主要用來(lái)測(cè)量爆炸和高速?zèng)_擊等瞬態(tài)應(yīng)變用。它的電橋采用直流供橋電壓，以提高輸出靈敏度；它的放大器分前后兩級(jí)，均為單端輸入差

44、分放大器，采用負(fù)反饋并附有伺服放大器，使漂移產(chǎn)生的誤差得到抵消和補(bǔ)償。此外，它還備有圖像顯示器和高速同步攝影記錄儀。例如，Y6C9型。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,E 特種應(yīng)變儀 它是適用于特殊應(yīng)變測(cè)量需要、具備某種特殊效能的專(zhuān)用應(yīng)變儀。如大變形測(cè)量裝置（適用于塑性變形范圍的應(yīng)變測(cè)量，能消除一般應(yīng)變測(cè)量中變形較大時(shí)所產(chǎn)生的較大非線(xiàn)性誤差）；靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變分析儀（適用于用應(yīng)變花進(jìn)行平面應(yīng)力測(cè)量，能數(shù)字顯示所測(cè)3個(gè)方向的行自動(dòng)運(yùn)算，數(shù)字顯示所測(cè)點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向）；遙測(cè)應(yīng)變儀（適用于運(yùn)動(dòng)件等的非接觸式測(cè)量）；測(cè)壓儀（適用于軋機(jī)負(fù)荷指示）。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,二、電阻應(yīng)變儀的組成及工作原理 1、電阻應(yīng)變儀的

45、組成 A 電橋 載波放大式應(yīng)變儀采用交流電橋，測(cè)量電橋由貼在試件上的應(yīng)變片或固定電阻組成。它的主要作用是將應(yīng)變片的電阻變化按一定比例轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變信號(hào)的調(diào)制。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,它由應(yīng)變儀內(nèi)的振蕩器供給一個(gè)振幅穩(wěn)定的正弦波電壓作為橋壓，其頻率通常比被測(cè)信號(hào)的頻率高510倍，稱(chēng)為載波。載波信號(hào)在電橋內(nèi)被緩慢變化的被測(cè)信號(hào)調(diào)制后，變成振幅隨被測(cè)信號(hào)的大小而變化的調(diào)幅波，然后輸至交流放大器放大。這種調(diào)幅波有利于采用頻率特性要求較低的窄頻帶交流放大器，從而簡(jiǎn)化了儀器的結(jié)構(gòu)。 B 放大器,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,載波放大式應(yīng)變儀多采用多級(jí)窄頻帶交流放大器，其作用是將電橋輸出的微弱調(diào)幅波

46、電壓信號(hào)進(jìn)行不失真的電壓和功率放大，以便得到足夠的功率去推動(dòng)指示或記錄儀表。經(jīng)放大器放大后的調(diào)幅波的頻率和相位與電橋輸出的調(diào)幅波相同，只是振幅放大了。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,C 相敏檢波器 相敏檢波器的作用是解調(diào)，即將放大后的調(diào)幅波還原成與被測(cè)信號(hào)波形相同的波形。它與普通檢波器不同之處是能夠根據(jù)來(lái)自放大器的調(diào)幅波的相位辨別原來(lái)被測(cè)信號(hào)的極性，即能辨別被測(cè)信號(hào)是拉應(yīng)變還是壓應(yīng)變。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,D 低通濾波器 相敏檢波后的波形中仍帶有高頻載波分量和高次諧波。低通濾波器的作用就是把這些殘余的載波分量和高次諧波濾掉，而讓被測(cè)信號(hào)波形通過(guò)，以便在輸出端得到與被測(cè)信號(hào)變化規(guī)律完全一樣的、經(jīng)過(guò)放大了的

47、電信號(hào)。濾波器一般采用由電感、電容組成的低通濾波器。濾波器的頻率特性很大程度上決定了應(yīng)變儀的頻率特性。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,E 振蕩器 載波放大式應(yīng)變儀中的振蕩器是一個(gè)他激電源，用來(lái)產(chǎn)生一種幅值穩(wěn)定的高頻正弦波電壓，作為電橋的供橋電壓（即載波電壓），同時(shí)提供相敏檢波器的參考電壓(即解調(diào)電壓）以實(shí)現(xiàn)鑒相解調(diào)。靜態(tài)應(yīng)變儀的振蕩頻率（即載波頻率）在5002000Hz，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀在550kHz之間，視應(yīng)變儀工作頻率范圍而定。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,F 電源 電源用以供給振蕩器和放大器一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，一般采用由220V交流電供電的直流電子穩(wěn)壓器。該電壓不隨供電網(wǎng)絡(luò)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，也不隨負(fù)載的變化而變

48、化。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,G 指示儀表或記錄器 靜態(tài)應(yīng)變儀中的指示器系直流微安（或毫安）表，一般僅作調(diào)零指示，也有的兼作讀數(shù)用。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀中，被測(cè)信號(hào)一般是具有一定頻率的交變信號(hào)，故不宜采用指針式電表，而是將濾波器輸出的被測(cè)信號(hào)送到專(zhuān)門(mén)的記錄器（如以前常用的光線(xiàn)示波器）進(jìn)行顯示記錄。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,2 、電阻應(yīng)變儀的工作原理 當(dāng)測(cè)量電橋工作橋臂上的應(yīng)變片受機(jī)械變形而產(chǎn)生的電阻變化時(shí)，在電橋中調(diào)制了由振蕩器來(lái)的正弦載波，在電橋輸出端輸出一個(gè)微弱的調(diào)幅波信號(hào)。調(diào)幅波的包絡(luò)線(xiàn)與應(yīng)變信號(hào)相似，頻率與載波信號(hào)頻率相近。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,由于電橋輸出的電壓一般為毫伏級(jí)，它無(wú)法產(chǎn)生幾十毫安電流推動(dòng)

49、光線(xiàn)示波器振子工作，因此要把這微弱的電壓信號(hào)送入交流放大器進(jìn)行無(wú)失真放大。放大后的信號(hào)保持了應(yīng)變信號(hào)的形狀，但功率卻大大增加。又由于光線(xiàn)示波器振子的頻率響應(yīng)遠(yuǎn)低于應(yīng)變儀電橋電源的角頻率，無(wú)法將波形記錄下來(lái)；同時(shí)放大后的調(diào)幅波形可看做是上下對(duì)稱(chēng)的，不能辨別應(yīng)變片的受力,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,方向，因此要用相敏檢波器將上下對(duì)稱(chēng)的調(diào)幅波形變換成對(duì)應(yīng)于應(yīng)變片受力方向的波形。這樣應(yīng)變儀輸出的信號(hào)就能區(qū)別應(yīng)變片是處于受拉還是受壓狀態(tài)。所以要把已放大了的調(diào)幅波送入相敏檢波器進(jìn)行解調(diào)，即將載波去掉而保留應(yīng)變信號(hào)的調(diào)幅波形。因相敏檢波后輸出的電流波形中仍然含有載波及其高次諧波分量，它將影響,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,到

50、記錄儀器的正常工作，使振子發(fā)熱。另外，含有載波的波形將使記錄曲線(xiàn)模糊。所以還要通過(guò)低通濾波器將殘余的高頻載波及其高次諧波分量去掉，以保留應(yīng)變信號(hào)波形。這個(gè)放大了的應(yīng)變信號(hào)就可以推動(dòng)記錄裝置工作，從而在記錄紙上繪出一條與機(jī)械變形過(guò)程一致的電信號(hào)波形。,第三節(jié) 電阻應(yīng)變儀,綜上所述電阻應(yīng)變儀的工作原理可簡(jiǎn)單地概括為調(diào)制、放大和解調(diào)3個(gè)過(guò)程。即設(shè)法把緩慢變化的應(yīng)變信號(hào)預(yù)先變換成頻率較高的交流信號(hào)，然后送入交流放大器進(jìn)行放大，最后再把放大后的交流信號(hào)輸入相敏檢波器和濾波器恢復(fù)為緩慢變化的電壓或電流信號(hào)。,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,應(yīng)力是個(gè)重要的機(jī)械量，它表征了構(gòu)件的受載情況、負(fù)荷水平和強(qiáng)度能力，應(yīng)力測(cè)量也

51、是其他力參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)。應(yīng)力測(cè)量的方法很多，如機(jī)械測(cè)法、電測(cè)法和光測(cè)法等，目前以電阻應(yīng)變法應(yīng)用最廣泛。 一、 應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系 電阻應(yīng)變片測(cè)量的基本方法是根據(jù)測(cè)量的目的，選好測(cè)點(diǎn)，貼上電阻應(yīng)變片，組成,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,測(cè)量電橋，連接電阻應(yīng)變儀，測(cè)量受力后構(gòu)件表面各點(diǎn)應(yīng)變，然后再根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系計(jì)算出應(yīng)力。 在彈性變形范圍內(nèi)，受軸向拉伸的構(gòu)件,其截面上的正應(yīng)力 與其軸向應(yīng)變 成正比，即 式中E構(gòu)件材料的彈性模量，對(duì)于碳素鋼E（2.02.1）105Nmm2。,,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,由上式可知，對(duì)于受單向拉伸（或壓縮）的構(gòu)件，只要沿其受力方向粘貼一枚應(yīng)變片，測(cè)出軸向應(yīng)變 代入上式，即可

52、求出橫截面上該點(diǎn)的正應(yīng)力 。 二、測(cè)點(diǎn)的選擇 測(cè)點(diǎn)越多，越能了解構(gòu)件的應(yīng)力分布情況，但增加了測(cè)試和數(shù)據(jù)處理的工作量。因此，應(yīng)根據(jù)以最少的測(cè)點(diǎn)達(dá)到足夠真實(shí)地反映構(gòu)件受力狀態(tài)的原則，來(lái)選擇測(cè)點(diǎn)。,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,一般考慮如下： （1）預(yù)先對(duì)構(gòu)件進(jìn)行大致的受力分析，預(yù)測(cè)其變形，找出危險(xiǎn)斷面及危險(xiǎn)位置。這些點(diǎn)一般是處在應(yīng)力最大或變形最大的部位，然后根據(jù)受力分析和測(cè)試要求并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最后選定測(cè)點(diǎn)。 （2）在截面尺寸急劇變化的部位或因孔、槽導(dǎo)致應(yīng)力集中的部位，應(yīng)適當(dāng)多布置一些測(cè)點(diǎn)，以便了解這些區(qū)域的應(yīng)力梯度情況。,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,（3）如果最大應(yīng)力點(diǎn)的位置難以確定，或者為了了解截面應(yīng)力分

53、布規(guī)律和曲線(xiàn)輪廓段應(yīng)力過(guò)渡情況，在截面上或過(guò)渡段上比較均勻地布置57個(gè)測(cè)點(diǎn)。 （4）在不受力或已知應(yīng)變、應(yīng)力的位置上安排一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以便在測(cè)試時(shí)進(jìn)行監(jiān)視和比較，有利于檢查測(cè)試結(jié)果的正確性。,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,在測(cè)點(diǎn)選定之后，應(yīng)變片的布置和電橋連接，應(yīng)根據(jù)測(cè)量目的、對(duì)載荷的估計(jì)以及在復(fù)合載荷下測(cè)量應(yīng)變時(shí)應(yīng)能消除相互影響等情況而定。最終使應(yīng)變測(cè)量的輸出信號(hào)大、能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償、粘貼方便、能消除構(gòu)件感受的附加應(yīng)變，以提高測(cè)量的靈敏度和精度。,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,三、 單一變形時(shí)的應(yīng)變測(cè)量 1 、單向拉伸（壓縮）應(yīng)變測(cè)量 對(duì)于單向拉伸（壓縮）應(yīng)變測(cè)量，為了進(jìn)行溫度補(bǔ)償，常采用全橋四臂電橋，其布片和組

54、橋方案如圖所示，采用四枚阻值R、靈敏系數(shù)相同的應(yīng)變片組全橋。,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,應(yīng)變片R1和R2貼在圓形試件正面，R1沿拉力方向即試件軸向粘貼，R2沿與拉力垂直方向（即試件周向）粘貼；R3和R4貼在試件的背面，且正對(duì)R1和R2。 假設(shè)拉力作用不偏心時(shí)，由拉力P產(chǎn)生的沿試件軸向的應(yīng)變?yōu)?，由溫度變化引起的虛假應(yīng)變?yōu)?，測(cè)量時(shí)應(yīng)變片R1、R2、R3、R4感受到的應(yīng)變分別用1、2、3、4表示。,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,由于R1與R2貼片點(diǎn)很近，認(rèn)為是貼在同一點(diǎn)上。同理，認(rèn)為R3和R4也是貼在同一點(diǎn)上，則,,,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,式中 拉力作用點(diǎn)在R1與R3貼片點(diǎn)的連

55、線(xiàn)上，但偏離圓心時(shí)（如圖所示）試件受到一個(gè)附加彎矩作用，R1、R3感受到的應(yīng)變偏差。,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,根據(jù)圖（b）所示的組橋圖，電橋輸出電壓為 上式中不含 、 ，僅含有 ，說(shuō)明如圖示的貼片組橋方案的電橋輸出電壓僅隨平均拉應(yīng)變（僅隨拉力變化）而變化，這就消除了拉力偏心和溫度變化的影響。,,,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,2、 彎曲應(yīng)變測(cè)量 測(cè)量方案可有三種： （1）一片工作，外加補(bǔ)償塊法； （2）兩片工作組半橋（圖3-16）； （3）四片工作組全橋（圖3-17）。 各種組橋方案中各橋臂所感受的應(yīng)變及電橋輸出見(jiàn)表3-1。,圖3-16 測(cè)彎曲應(yīng)變的布片與組半橋圖,3-17 測(cè)彎曲應(yīng)變的布片與

56、組全橋圖,表5-1 彎曲應(yīng)變?nèi)N測(cè)量方案的比較,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,3、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變測(cè)量 當(dāng)圓軸受扭矩作用時(shí)，在圓軸表面取一單元體，則處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，如圖3-18。因?yàn)閳A軸受扭時(shí)其表面任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)都是平面應(yīng)力狀態(tài)，所以必須用平面虎克定律公式來(lái)計(jì)算應(yīng)力。 與主應(yīng)力 、 相對(duì)應(yīng)的主應(yīng)變?yōu)?、，并且,,,,,,圖3-18 測(cè)扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的布片圖,測(cè)扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的組橋圖,表3-2 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力兩種應(yīng)變測(cè)量方案的比較,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,則 ， 式中W圓軸扭轉(zhuǎn)斷面的截面抗彎系數(shù)，對(duì)于實(shí)心圓軸 。,,,,,第四節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量,由此可知，通過(guò)測(cè)量軸體表面的主應(yīng)變即可確定扭矩M，這是測(cè)量傳動(dòng)軸扭矩的主

57、要方法之一。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,測(cè)力傳感器作為被測(cè)力（包括重力）的直接感受和一次轉(zhuǎn)換元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)力和稱(chēng)重系統(tǒng)之中。測(cè)力傳感器的型式很多，根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理的不同，有電阻式、電感式、電容式、壓磁式、壓電式等類(lèi)型。這里只對(duì)應(yīng)用最為廣泛的電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行扼要介紹。 一、電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的組成 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)具有以下幾個(gè)部分。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,（1）彈性元件。它是測(cè)力傳感器的本體及核心，在其工作表面粘貼電阻應(yīng)變片，它們共同組成被測(cè)力的敏感元件，并作為被測(cè)對(duì)象傳力鏈中的一環(huán)。在被測(cè)力作用下，在彈性范圍內(nèi)，按虎克定律將被測(cè)力成比例地轉(zhuǎn)換為電壓，形成力值的信號(hào)源。彈性元件的

58、型式和特性決定了整個(gè)傳感器的型式和特性。彈性元件一般由優(yōu)質(zhì)金屬材料制成。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,（2）加載裝置。它的作用是將被測(cè)力正確地施加在彈性元件的承載端，一般都帶有調(diào)位和均力功能，有時(shí)還具有排除干擾的能力。加載裝置的結(jié)構(gòu)是根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)和受力方式而定。 （3）支承和固定裝置。作用是將彈性元件承受的被測(cè)力均勻而固定地傳遞給被測(cè)物傳力鏈中的其他零件或基礎(chǔ)，以保持傳感器的正確工作位置并形成穩(wěn)定的支承和約束條件。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,（4）外殼。包容在彈性元件外圍，往往帶有可靠的密封裝置，以防彈性元件及應(yīng)變電路的機(jī)械損傷和受有害物的侵蝕。根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)和工作條件，外殼可與固定裝置合為一體。 (

59、5)引線(xiàn)裝置。將彈性元件上應(yīng)變電路的引線(xiàn)通過(guò)接線(xiàn)端子或接插件可靠地引出。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,此外，有些測(cè)力傳感器還帶有其他輔助環(huán)節(jié)，如潤(rùn)滑裝置，冷卻裝置，預(yù)放大裝置等，圖3-20為壓力傳感器的一般結(jié)構(gòu)。 1球面加載頭；2一上蓋；3一壓環(huán)；4一彈性元件；5一立變片；6一外殼；7一安裝螺孔，8一導(dǎo)線(xiàn)插頭,圖3-20 壓式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)圖,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,二、常用的測(cè)力傳感器彈性元件 在設(shè)計(jì)電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的彈性元件時(shí)，需要確定它的強(qiáng)度（承載能力）、剛度、輸出電壓以及靈敏度等基本參數(shù)，它們是決定彈性元件幾何尺寸及技術(shù)性能的主要依據(jù)。下面介紹幾種常見(jiàn)的彈性元件。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,1、柱式

60、彈性元件。這類(lèi)彈性元件為一簡(jiǎn)單截面的柱體，多為圓柱形、棱柱形及圓筒形 等（如圖3-21）。這種彈性元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，具有較大的強(qiáng)度和剛度，多用于稱(chēng)重及拉力測(cè)量中。 以測(cè)拉（壓）力為目的時(shí)，拉（壓）力叫做測(cè)量載荷。,圖3-21 柱式彈性元件,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,由于載荷的偏心或試件的精度偏差而產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)等載荷，這些載荷會(huì)干擾拉（壓）力測(cè)量載荷的精度，通常稱(chēng)之為非測(cè)量載荷。柱形彈性元件尺寸較小，抗非測(cè)量載荷的性能較差，而圓筒形只要彈性元件幾何形狀和布片組橋合理與準(zhǔn)確，就能夠較好地排除非測(cè)量載荷的影響。用于測(cè)拉（壓）的柱式彈性元件應(yīng)變片的布置見(jiàn)圖3-22，可按半橋或全橋方式工作。,圖3-2

61、2 應(yīng)變片在柱式彈性元件上的布片及組橋方式,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,柱式彈性元件的彈性模量E、橫截面積A及高度H，在被測(cè)力P的作用下，當(dāng)應(yīng)變片按圖3-22配置組成全橋時(shí)，其電壓輸出為 可見(jiàn)，電橋的輸出電壓與力值成正比。,,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,（2）梁式彈性元件。按彎曲方式工作的梁式彈性元件，常做成固定端梁或懸臂梁式。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，多用于小載荷的計(jì)量裝置。 固定端梁式彈性元件如圖3-23所示。,圖3-23 兩端固定彈性元件簡(jiǎn)圖,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,梁的長(zhǎng)度、寬度和厚度分別為l、b、h，載荷P作用于梁的中間位置。當(dāng)應(yīng)變片沿梁的軸向兩兩平行地貼于梁的上下表面（距中間斷為x），

62、并組成全橋時(shí)，其電壓輸出為 由上式可知，將應(yīng)變片貼于梁的中間截面處，則有最高的電壓輸出。而當(dāng)把應(yīng)變片粘貼在x14處時(shí)，電橋輸出為零，因該處的彎矩為零，故應(yīng)避免在此“死區(qū)”布片。,,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,具有一端固定并在自由端承受被測(cè)力的懸臂梁彈性元件，常做成等強(qiáng)度（變斷面）形式 如見(jiàn)圖3-24。,圖3-24 等強(qiáng)度懸臂梁彈性元件簡(jiǎn)圖,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,如果梁的工作長(zhǎng)度、厚度及最大寬度分別為l、h、bmax。當(dāng)懸臂梁加載端受載荷P時(shí)，應(yīng)變片順軸向成對(duì)貼于梁的上下表面并組成全橋時(shí)，其電壓輸出為,,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,（3）彈性元件。隨著科研水平的提高，電子儀器的進(jìn)步，對(duì)力傳感器的要求越來(lái)越高，人們

63、除了要求其精度進(jìn)一步提高外，還提出了抗偏心、抗側(cè)向力和抗過(guò)載能力等更高的要求。力傳感器長(zhǎng)期以來(lái)采用的彈性元件多為簡(jiǎn)單的柱式、筒式、梁式等。這是根據(jù)正應(yīng)力與載荷成正比的關(guān)系來(lái)測(cè)量的。雖然這類(lèi)結(jié)構(gòu)也能獲得較高的精度，但由于它存在一些不易克服的缺點(diǎn)，,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,阻礙了其性能的進(jìn)一步提高。為獲得更高精度和更優(yōu)良的性能，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始已成功地研制出切應(yīng)力傳感器。 圖3-25為輪輻式切應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。這種傳感器像一個(gè)車(chē)輪，在輪圈和輪軸之間成對(duì)并相互對(duì)稱(chēng)地聯(lián)結(jié)著輻條。當(dāng)被測(cè)力P作用在輪軸時(shí)，在輪輻上產(chǎn)生與被測(cè)力成比例的切應(yīng)力。,圖3-25 輪輻式切應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,此切應(yīng)力能引起與中性軸成45方向的相互垂直的兩個(gè)正負(fù)正應(yīng)力，即由切應(yīng)力引起的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，通過(guò)測(cè)量拉應(yīng)力或壓應(yīng)力值就可知切應(yīng)力值的大小。因此，在輪輻式傳感器中，把應(yīng)變片貼在與切應(yīng)力成45的位置上，使它感受的仍是拉伸和壓縮應(yīng)變，不過(guò)該應(yīng)變不是由彎矩產(chǎn)生,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,的，而主要是由剪切力產(chǎn)生的，此即這類(lèi)傳感器的工作原理。這類(lèi)傳感器最突出的優(yōu)點(diǎn)是抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受幾倍于額定量程的過(guò)載。此外其抗偏心、抗側(cè)向能力也較強(qiáng)，精度在0.1之內(nèi)。,第五節(jié) 測(cè)力傳感器,,