工學(xué)電阻應(yīng)變式傳感器ppt課件

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第2章 電阻應(yīng)變式傳感器,2.1 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理,電阻應(yīng)變式傳感器，就是由于某些物理量的變化引起應(yīng)變，應(yīng)變引起電阻變化的一種傳感器。,粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。,主要是由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成。,彈性敏感元件的材料是彈性物質(zhì)，其作用是在感受被測量時將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變；,1,2.2電阻應(yīng)變式的工作原理,2.2.1 金屬的應(yīng)變效應(yīng),根據(jù)電阻定律，金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 電阻應(yīng)變片的工作原理就是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)設(shè)計而成的。,2.2.2 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),右圖2-1 電阻絲應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 1—基底 2—電阻絲 3—覆蓋面 4—引線,2,2.2.3 應(yīng)變片的特性,根據(jù)電阻定律，一根金屬絲的電阻為,(2-1),）；,R為金屬絲的電阻（,為金屬絲的電阻率,L為金屬絲的長度（m）；A為金屬絲的截面積（㎡）。,ρ,3,取一段金屬絲如圖2-2所示。當(dāng)金屬絲受拉而伸長dL時，其截面積將相應(yīng)減小dA，電阻率則因金屬晶格發(fā)生變形等因素的影響也將改變dρ，這些量的變化，必然引起金屬絲電阻改變dR。,圖 2-2 金屬導(dǎo)線受力變形情況,2.2.3 應(yīng)變片的特性,4,2.2.3 應(yīng)變片的特性,,（2-2）,以R除式（2-2）的左邊，得,,（2-3）,,（r為金屬絲半徑） （2-4）,（2-5）,5,2.2.3 應(yīng)變片的特性,為金屬絲材料的泊松比。,將式（2-4）、式（2-5）代入式（2-3）得,,,（2-6）,（2-7）,或,令,,（2-8）,,稱為金屬絲的靈敏系數(shù) 。表示金屬絲產(chǎn)生單位變形時，電阻相對變化的大小。,6,2.2.3 應(yīng)變片的特性,實驗證明，在金屬絲變形的彈性范圍內(nèi)，電阻的相對變化,與應(yīng)變,成正比，因而,為一常數(shù)。,式（2-8）以增量表示為,,（2-9）,2.2.4 應(yīng)變片的測試原理,用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時，是將應(yīng)變片粘貼于對象上。在外力作用下，被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形，粘貼在其表面上的應(yīng)變片亦隨其發(fā)生相同的變化，因此應(yīng)變片的電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化。,7,2.3 電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù),2.3.1 電阻應(yīng)變片的種類,1. 絲式應(yīng)變片,（1）回線式應(yīng)變片，見圖 2-3,（2）短接式應(yīng)變片，見圖2-4,2. 薄膜應(yīng)變片,3. 半導(dǎo)體應(yīng)變片,半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力而變化的所謂“壓阻效應(yīng)”。所有材料在某種程度都呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別顯著，能直接反映出很小的應(yīng)變。,見圖2-5 a）,見圖2-5 b）,8,圖 2-3 回線式應(yīng)變片,圖2-4 短接式應(yīng)變片,圖2-5 a)薄膜應(yīng)變片 b)半導(dǎo)體應(yīng)變片,9,2.3 電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù),2.3.2 電阻應(yīng)變片的材料,1. 敏感柵材料,2. 應(yīng)變片基底材料,3. 引線材料,,10,2.3 電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù),2.3.2 電阻應(yīng)變片的參數(shù),1. 應(yīng)變片電阻值R0,2. 絕緣電阻,3. 靈敏系數(shù)K,指未安裝的應(yīng)變片在不受外力的情況下，于室溫條件測定的電阻值，也稱原始阻值。已趨于標(biāo)準(zhǔn)化，120 歐姆最為常用。,敏感柵與基底間的電阻值，一般應(yīng)大于 歐姆。,是指應(yīng)變片安裝于試件表面，在其軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比。,11,4. 允許電流,5. 應(yīng)變極限,2.3 電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù),2.3.2 電阻應(yīng)變片的參數(shù),是指不因電流產(chǎn)生熱量影響測量精度，應(yīng)變片允許通過的最大電流在靜態(tài)測量時，允許電流一般為25mA；在動態(tài)測量時，允許電流可達(dá)75~100mA。,指在溫度一定時，指示應(yīng)變值和真實應(yīng)變值的相對差值不超過一定數(shù)值時的最大真實應(yīng)變數(shù)值，一般差值規(guī)定為10%，當(dāng)指定應(yīng)變值大于真實應(yīng)變值的10%時，真實應(yīng)變值稱為應(yīng)變片的極限應(yīng)變。,12,6. 機(jī)械滯后、零漂和蠕變,2.3 電阻應(yīng)變片的種類、材料和參數(shù),2.3.2 電阻應(yīng)變片的參數(shù),應(yīng)變片的機(jī)械滯后是指對粘貼的應(yīng)變片，在溫度一定時，增加和減少機(jī)械應(yīng)變過程中同一機(jī)械應(yīng)變量下指示應(yīng)變值的最大差值。 零點漂移（簡稱零漂）是指已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度一定和無機(jī)械應(yīng)變時，指示應(yīng)變值隨時間的變化。 蠕變是指已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度一定并承受一定的機(jī)械應(yīng)變時，指示應(yīng)變值隨時間的變化。,13,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.1 粘合劑,電阻應(yīng)變片工作時，總是被粘貼到試件上或傳感器的彈性元件上。在測試被測量時，粘合劑所形成的膠層起著非常重要的作用，它應(yīng)準(zhǔn)確無誤地將試件或彈性元件的應(yīng)變傳遞到應(yīng)變片的敏感柵上去。所以粘合劑和粘貼技術(shù)對于測量結(jié)果有直接影響，不能忽視它們的作用。 對粘合劑有如下要求：①有一定的粘結(jié)強(qiáng)度；②能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變；③蠕變??；④機(jī)械滯后??；⑤耐疲勞性能好，韌性好；⑥長期穩(wěn)定性好；⑦具有足夠的穩(wěn)定性能；⑧對彈性元件和應(yīng)變片不產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用；⑨有適當(dāng)?shù)膬Υ嫫?；⑩有較大的使用溫度范圍。,14,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.2 應(yīng)變片粘貼工藝,1. 應(yīng)變片檢測 根據(jù)測試要求而選用的應(yīng)變片，要做外觀的檢查和電阻值的檢測，對精度要求較高的測試還應(yīng)檢測應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和橫向靈敏度。 （1）外觀檢查 線柵或箔柵的排列是否整齊均勻，是否有造成短路、斷路的部位或有銹蝕斑痕；引出線焊接是否牢固；上下基底是否有破損部位。 （2）電阻值檢測 對經(jīng)過外觀檢查合格的應(yīng)變片，要逐個進(jìn)行電阻值測量，其值要求準(zhǔn)確到0.05,,15,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.2 應(yīng)變片粘貼工藝,2. 修整應(yīng)變片 1）對沒有標(biāo)出中心線標(biāo)記的應(yīng)變片，應(yīng)在其上基底上標(biāo)出中心線。 2）如有需要應(yīng)對應(yīng)變片的長度和寬度進(jìn)行修整，但修整后的應(yīng)變片不可小于規(guī)定的最小長度和寬度。 3）對基底較光滑的膠底應(yīng)變片，可用細(xì)砂布將基底輕輕地稍許打磨，并用溶劑洗凈。 3. 試件表面處理 為了使應(yīng)變片牢固地粘貼在試件表面上，必須使將要貼應(yīng)變片的試件表面部分平整光潔，無油漆、銹斑、氧化層、油污和灰塵等。,16,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.2 應(yīng)變片粘貼工藝,4. 劃粘貼應(yīng)變片的定位線 為了保證應(yīng)變片粘貼位置的準(zhǔn)確，可用畫筆在試件表面劃出定位線。粘貼時應(yīng)使應(yīng)變片的中心線與定位線對準(zhǔn)。 5. 粘貼應(yīng)變片 在處理好的粘貼位置上和應(yīng)變片基底上，各涂抹一層薄薄的粘合劑，稍待一段時間（視粘合劑種類而定），然后將應(yīng)變片粘貼到預(yù)定位置上。在應(yīng)變片上面放一層玻璃紙或一層透明的塑料薄膜，然后用手滾壓擠出多余的粘合劑，使粘合劑層的厚度盡量減薄。 6. 粘合劑的固化處理 對粘貼好的應(yīng)變片，依粘合劑固化處理。,17,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.2 應(yīng)變片粘貼工藝,7. 應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的檢查 （1）外觀檢查 最好用放大鏡觀察粘合層是否有氣泡，整個應(yīng)變片是否全部粘貼牢固，有無造成短路、斷路等危險的部位，還要觀察應(yīng)變片的位置是否正確。 （2）電阻值檢測 應(yīng)變片的電阻值在粘貼前后不應(yīng)有較大的變化。 （3）絕緣電阻值檢測 應(yīng)變片電阻絲與試件之間的絕緣電阻值一般應(yīng)大于200M,18,2.4 粘合劑和應(yīng)變片的粘貼技術(shù),2.4.2 應(yīng)變片粘貼工藝,8. 引出線的固有保護(hù) 粘貼好的應(yīng)變片引出線與測量用導(dǎo)線焊接在一起，為了防止應(yīng)變片電阻絲和引出線被拉斷，用膠布將導(dǎo)線固定于試件表面，但固定時要考慮使引出線有呈彎曲性的余量和引出線與試件之間的良好絕緣。 9. 應(yīng)變片的防潮處理 應(yīng)變片粘貼好固化以后，要進(jìn)行防潮處理，以免潮濕引起絕緣電阻和粘合強(qiáng)度降低，影響測試精度。 簡單的方法是在應(yīng)變片上涂一層中性凡士林，有效期為數(shù)月。最好是石蠟或蜂蠟熔化后涂在應(yīng)變片表面上（厚度約為2mm），這樣可長時間防潮。,19,2.5.1 溫度誤差及其產(chǎn)生原因,1. 溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變,,,（2-12）,(2-13),為溫度為t時的電阻值;,為溫度為t0時的電阻值,,,為溫度的變化值 ;,,為溫度變化,時的電阻變化,,為敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)。,20,將溫度變化折合為應(yīng)變,，則,1. 溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變,,(2-14),K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù),2. 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變,如果粘貼在試件上一段長度為,,的應(yīng)變絲，當(dāng)溫度變化,,時，應(yīng)變絲受熱膨脹至,,而應(yīng)變絲下的試件伸長至,,，則,21,2. 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變,,,,,（2-15）,(2-16),（2-17）,（2-18）,為溫度為t0時的應(yīng)變絲長度； 為溫度為t時的應(yīng)變絲長度； 為溫度為t時應(yīng)變絲下的試件長度；βg為應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；βm為試件的線膨脹系數(shù)； 、 分別為溫度變化 時應(yīng)變絲和試件的膨脹量。,,,,,,22,由式（2-16）和式（2-18）可知，如果,不相等，則,也不等。但是應(yīng)變絲和試件是粘貼在一起的，,拉長至,，就使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形,，即,2. 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變,若應(yīng)變絲被迫從,,（2-19）,折算為應(yīng)變，則,23,2. 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變,,（2-20）,引起的電阻變化為,,因此，由于溫度變化,而引起的總阻值變化為,（2-21）,,,（2-22）,24,總附加虛假應(yīng)變量為,2. 試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變,,（2-23）,2.5.2 溫度補(bǔ)償方法,溫度補(bǔ)償方法，分為橋路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 1. 橋路補(bǔ)償法 橋路補(bǔ)償法也稱補(bǔ)償片法。應(yīng)變片通常是作為平衡電橋的一個臂測量應(yīng)變的，圖2-6中,,為工作片，,,為補(bǔ)償片。,25,2.5 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及其補(bǔ)償,2.5.2 溫度補(bǔ)償方法,工作片 粘貼在試件上需要測量應(yīng)變的地方，補(bǔ)償片 粘貼在一塊不受力的與試件相同材料上，這塊材料自由地放在試件上或其附近，如圖2-6b所示。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，工作片 和補(bǔ)償片 的電阻都發(fā)生變化，而它們的溫度變化相同， 和 為同類應(yīng)變片，又粘貼在相同的材料上，因此 和 分別接入電橋的相鄰兩橋臂，則因溫度變化引起的電阻變化 和 的作用相互抵消，這樣就起到了溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?,,,,,26,圖2-6 橋路補(bǔ)償法,27,值的應(yīng)變片只能用在一種材料上，因,2. 應(yīng)變片自補(bǔ)償法,2.5 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及其補(bǔ)償,粘貼在被測部位上的是一種特殊應(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?，這種特殊應(yīng)變片稱為應(yīng)變片自補(bǔ)償法。下面介紹兩種自補(bǔ)償應(yīng)變片。 （1）選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變片 由式(2-23)可知，實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為,,則,,(2-24),被測試件材料確定后，就可以選擇適合的應(yīng)變片敏感柵材料滿足式（2-24），達(dá)到溫度補(bǔ)償。這種方法的缺點是一種,此局限性很大。,28,雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片也稱組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片。它是利用兩種電阻絲材料的電阻溫度系數(shù)不同（一個為正，一個為負(fù)）的特性，將二者串聯(lián)繞制成敏感柵，如圖2-7所示。若兩段敏感柵的電阻,和,而產(chǎn)生的電阻變化,和,大小相等而符號相反，,和,的比值關(guān)系可由下,（2）雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片,2.5 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及其補(bǔ)償,，由于溫度變化,就可以實現(xiàn)溫度補(bǔ)償，電阻,式?jīng)Q定：,而其中,29,。,圖2-7 雙金屬絲柵法,30,3. 熱敏電阻補(bǔ)償法,如圖2-8所示，圖中的熱敏電阻RT處在與應(yīng)變片相同的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻RT的阻值也下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出，補(bǔ)償因應(yīng)變片引起的輸出下降。選擇分流電阻,可以得到良好的補(bǔ)償。,的值，,圖2-8 熱敏電阻補(bǔ)償法,31,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,平衡電橋多用直流供電，四臂中任一電阻可用應(yīng)變片代替，因為應(yīng)變片工作過程中阻值變化很小，所以可認(rèn)為電源供出的電流I在工作過程中是不變的，即加在3~4間的電壓是一個定值，如圖2-9所示。假定電源為電動勢源，內(nèi)阻為零，則在檢流計中流過的電流 和電橋各參數(shù)間的關(guān)系為,1. 平衡電橋的工作原理,,（2-25）,32,為檢流計的內(nèi)阻。應(yīng)變片的阻值變化可以用 的大小來表示（偏轉(zhuǎn)法），也可以用橋臂阻值的改變量來表示（零度法）。若采用零度法時，電橋的平衡條件為流過檢流計的電流等于零，此時式（2-25）要滿足下列條件：,,,,（2-26）,,即,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,1. 平衡電橋的工作原理,33,圖2-9 直流電橋,34,若第一臂用應(yīng)變片代替，應(yīng)變片由應(yīng)變引起的電阻變化為,，使式（2-26）的關(guān)系被破壞，檢流計中有電流,使它變?yōu)?，則有,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,1. 平衡電橋的工作原理,流過，此時可調(diào)節(jié)其余臂的電阻，使重新滿足式（2-26）,的關(guān)系。若調(diào)節(jié),,（2-27）,,（2-28）,由,和式（2-28）得,,35,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,1. 平衡電橋的工作原理,若,和,為定值時，可用,表示,的大小，一,和,稱為比例臂，改變它們的比值，可以改變,的測量范圍，而,稱為調(diào)節(jié)臂，用它來改變被測,般將,應(yīng)變值。平衡電橋和一般電橋的不同點是在測量前和測量時需要作兩次平衡。靜態(tài)應(yīng)變儀的電橋多采用這種原理制成。若應(yīng)變?yōu)閯討B(tài)量，則電阻變化較快，平衡電橋已經(jīng)來不及了，此時只能采取偏轉(zhuǎn)法，即不平衡電橋法。,36,實際上電橋后面連接的放大器的輸入阻抗都很高，比電橋的輸出電阻大得多，此時必須要求電橋具有較高的電壓靈敏度，當(dāng)有小的 變化時，能產(chǎn)生較大的 值 。,2. 不平衡電橋的工作原理,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,不平衡電橋是利用電橋輸出電流或電壓與電橋各參數(shù)間的關(guān)系進(jìn)行工作的，此時在橋的輸出端接入檢流計或放大器。在輸出電流時，為了使電橋有最大的電流靈敏度，希望電橋的輸出電阻盡量和指示器內(nèi)阻相等。,37,2. 不平衡電橋的工作原理,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,圖2-10為由交流電壓u供電的交流電橋電路，第一臂是應(yīng)變片，其他三臂為固定電阻。應(yīng)變片未承受應(yīng)變時阻值為 ，電橋處于平衡狀態(tài)，電橋輸出電壓為零。當(dāng)承受應(yīng)變時，產(chǎn)生 的變化，電橋變?yōu)椴黄胶猓敵鲭妷簽? 。由圖2-10可知：,,,,圖2-10 交流電橋,38,2. 不平衡電橋的工作原理,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,,假設(shè)n=R2/R1，并考慮電橋初始平衡條件R2/R1=R4/R3,以及略去分母中的微小變化 ， 則式（2-29）,（2-29）,可以寫為,,(2-30),39,2. 不平衡電橋的工作原理,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,電橋的電壓靈敏度為,(2-31),研究式（2-31）可以發(fā)現(xiàn)：,1）電橋的電壓靈敏度正比于電橋的供電電壓，電橋的供電電壓愈高，電壓靈敏度愈高。,2）電橋的電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，即和電橋各臂的初始比值有關(guān)。,當(dāng)n=1時電壓靈敏度最大,此時R1=R2,R3=R4,40,對于這類對稱，式（2-29）、式（2-30）和式（2-31）可以分別簡化為,2. 不平衡電橋的工作原理,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,(2-32),(2-33),（2-34）,41,在以上研究電橋工作狀態(tài)時，都是假定應(yīng)變片的參數(shù)變化很小，所以在分析電橋輸出電流或電壓與各參數(shù)關(guān)系時，都忽略了分母中的 ，最后得到的刻度特性 都是線性關(guān)系。但是若應(yīng)變片所承受的應(yīng)變太大，使它的阻值變化和本身的初始電阻可以比擬時，分母中的 就不能忽略，此時得到的刻度特性 是非線性的。實際的非線性特性曲線與理想的線性特性曲線的偏差稱為絕對非線性誤差。下面我們以R1 =R2 、R3 =R4 對稱情況為例求非線性誤差 的大小。,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,,,,,,,42,設(shè)理想情況下,，則,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,,(2-35),所以對半導(dǎo)體應(yīng)變片的測量電路要做特殊處理，以減小非線性誤差。一般消除非線性誤差的方法有以下幾種：,43,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,（1）采用差動電橋,正如前面所述，根據(jù)被測量零件的受力情況，兩應(yīng)變片一個受拉，一個受壓，應(yīng)變符號相反，工作時將兩個應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂內(nèi)，如圖2-11a所示，稱為半橋差動電路，在傳感器中經(jīng)常使用這種接法。有時工作應(yīng)變片也可能是四個，兩個受拉，兩個受壓，接入橋路時，將兩個變形符號相同的應(yīng)變片接在相對臂內(nèi)，符號不同的接在相鄰臂內(nèi)，如圖2-11b所示，稱為全橋差動電路。,44,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,（1）采用差動電橋,圖2-11 差動電橋電路 a）半橋差動電路 b）全橋差動電路,45,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,（1）采用差動電橋,半橋差動電路的輸出電壓為,,（2-36）,若電橋初始時是平衡的，即R1 /R2 =R3 /R4 成立，在對稱 情況下，R1 =R2、R3 =R4 、dR1 =dR2 ， 則式（2-36） 可簡化為,,（2-37）,46,比較式（2-37）和式（2-33）可知，半橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度（,）也比單一工作應(yīng)變片工作時提高了一倍，同時還能起溫度補(bǔ)償作用。,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,（1）采用差動電橋,同理，全橋差動電路的輸出電壓為,,（2-38）,全橋差動電路的電壓靈敏度比單一工作應(yīng)變片的電壓靈敏度提高了3倍，全橋差動電路也得到廣泛的應(yīng)用。,47,產(chǎn)生非線性的原因之一是在工作過程中通過橋臂的電流不恒定，所以有時用恒流電源供電，如圖2-12所示。一般半導(dǎo)體應(yīng)變電橋都采用恒流源供電，供電電流為I，通過各臂的電流為,（2）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,和,圖2-12 恒流源電橋,48,,（2）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,若電橋初始處于平衡狀態(tài)，即 R1R4=R2R3 ，而且 R1=R2 =R3 =R4 =R，當(dāng)?shù)谝槐垭娮鑂1 變?yōu)镽1 +dR1時，電橋的輸出電壓為,49,,（2）采用高內(nèi)阻的恒流源電橋,2.6電阻應(yīng)變式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路,2.6.1 測量電橋的工作原理,3. 電橋電路的非線性誤差及其補(bǔ)償,(2-40),由式（2-40）可知，分母中的,被4R除，與恒壓源電路,相比，它的非線性誤差減小了一倍。,50,2.7 電阻應(yīng)變式傳感器,前幾節(jié)講述了應(yīng)變片的工作原理和結(jié)構(gòu)，了解到應(yīng)變片能將應(yīng)變直接轉(zhuǎn)換成電阻的變化。在測量構(gòu)件時，直接將應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件上即可。若要測量其他物理量（力、壓力、加速度等），就需要先將這些物理量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，然后再用應(yīng)變片進(jìn)行測量，比直接測量時多了一個轉(zhuǎn)換過程，完成這種轉(zhuǎn)換的元件通常稱為彈性元件。由彈性元件和應(yīng)變片，以及一些附件（補(bǔ)償元件、保護(hù)罩等）組成的裝置稱為應(yīng)變式傳感器。,51,2.7.1 電阻應(yīng)變式力傳感器,2.7.2 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,52,作業(yè),P30: 2.1; 2.2,53,