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1、上節(jié)回顧上節(jié)回顧:1.檢測技術(shù)的基本概念及方法檢測技術(shù)的基本概念及方法 2.傳感器的發(fā)展傳感器的發(fā)展3.傳感器的分類和基本特性傳感器的分類和基本特性10/7/20221.1.4.2 1.4.2 誤差的表示方法誤差的表示方法 絕對誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。絕對誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。絕對誤差可表示測量值偏離實(shí)際值的程度，但不絕對誤差可表示測量值偏離實(shí)際值的程度，但不能表示測量的準(zhǔn)確程度。能表示測量的準(zhǔn)確程度。（1 1）絕對誤差）絕對誤差A(yù) Ax xA A0 0修正值修正值C CC C=當(dāng)當(dāng)A Ax xA A0 0時(shí)，為正誤差；反之為負(fù)誤差。時(shí)，為正誤差；反之為負(fù)誤差。A

2、 A0 0 A Ax x+C C10/7/20222.（2 2）相對誤差）相對誤差實(shí)際相對誤差實(shí)際相對誤差示值示值(標(biāo)稱標(biāo)稱)相對誤差相對誤差滿度（引用）相對誤差滿度（引用）相對誤差10/7/20223.1.4.3 1.4.3 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度傳感器和測量儀表的誤差是以準(zhǔn)確度表示的。準(zhǔn)確傳感器和測量儀表的誤差是以準(zhǔn)確度表示的。準(zhǔn)確度常用最大引用誤差來定義度常用最大引用誤差來定義它表示傳感器的最大相對誤差為它表示傳感器的最大相對誤差為S S%。儀表引起的最大測量相對誤差為儀表引起的最大測量相對誤差為如壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級分別為如壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級分別為0.050.05、0.10.1、0.20.

3、2、0.30.3、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.02.0等；我國電工儀表的準(zhǔn)確度等級分等；我國電工儀表的準(zhǔn)確度等級分別為別為0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、5.05.0。某某0.10.1級壓力傳感器的量程為級壓力傳感器的量程為100MPa100MPa，測量，測量50MPa50MPa壓力時(shí)，壓力時(shí)，傳感器引起的最大相對誤差為傳感器引起的最大相對誤差為0.2%。10/7/20224.本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容:10/7/20225.第一節(jié)第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器10/7/20226.一、工作原理一、工作原理應(yīng)變應(yīng)變片

4、的工作原理的工作原理 金屬絲受拉時(shí)，金屬絲受拉時(shí)，l變長、變長、r變小，導(dǎo)致變小，導(dǎo)致R變大變大。10/7/20227.二、應(yīng)變片的工作原理二、應(yīng)變片的工作原理設(shè)設(shè)有有一一長長度度為為l、截截面面積積為為A、半半徑徑為為r、電電阻阻率率為為 的金屬單絲，它的電阻值的金屬單絲，它的電阻值R可表示為可表示為當(dāng)當(dāng)沿沿金金屬屬絲絲的的長長度度方方向向作作用用均均勻勻拉拉力力（或或壓壓力力）時(shí)時(shí)，上上式式中中、r、l都都將將發(fā)發(fā)生生變變化化，從從而而導(dǎo)導(dǎo)致致電電阻阻值值R發(fā)發(fā)生生變變化化。例例如如金金屬屬絲絲受受拉拉時(shí)時(shí)，l將將變變長長、r變變小小，均均導(dǎo)導(dǎo)致致R變變大大；又又如如，某某些些半半導(dǎo)導(dǎo)體體

5、受受拉拉時(shí)時(shí)，將將變變大大，導(dǎo)致導(dǎo)致R變大。變大。實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明明，電電阻阻絲絲及及應(yīng)應(yīng)變變片片的的電電阻阻相相對對變變化化量量 R R與與材材料料力力學(xué)學(xué)中中的的軸軸向向應(yīng)應(yīng)變變 x的的關(guān)關(guān)系系在在很很大大范范圍圍內(nèi)內(nèi)是是線性的，即線性的，即K電阻應(yīng)變片的靈敏度電阻應(yīng)變片的靈敏度10/7/20228.二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)二、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu) 應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。由

6、于較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。一次性試驗(yàn)。箔箔式式應(yīng)應(yīng)變變片片中中的的箔箔柵柵是是金金屬屬箔箔通通過過光光刻刻、腐腐蝕蝕等等工工藝藝制制成成的的。箔箔的的材材料料多多為為電電阻阻率率高高、熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性好好的的銅銅鎳鎳合合金金。箔箔式式應(yīng)應(yīng)變變片片與與片片基基的的接接觸觸面面積積大大得得多多，散散熱熱條條件件較較好好，在在長長時(shí)時(shí)間間測測量量時(shí)時(shí)的的蠕

7、蠕變變較較小小，一一致致性性較較好好，適適合合于于大大批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)。還還可可以以對對金金屬屬箔箔式式應(yīng)應(yīng)變變片片進(jìn)進(jìn)行行適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡臒釤崽幪幚砝恚故蛊淦渚€線脹脹系系數(shù)數(shù)、電電阻阻溫溫度度系系數(shù)數(shù)以以及及被被粘粘貼貼的的試試件件的的線線脹脹系系數(shù)數(shù)三三者者相相互互抵抵消消，從從而而將將溫溫度度影影響響減減小小到到最最小小的的程程度度，目目前前廣廣泛泛用用于于各各種種應(yīng)應(yīng)變變式傳感器中。式傳感器中。10/7/20229.箔式應(yīng)變片的外形箔式應(yīng)變片的外形10/7/202210.半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片及金屬及金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片外形外形金屬絲式應(yīng)變片的金

8、屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)10/7/202211.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 上表中，哪幾個(gè)型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片？上表中，哪幾個(gè)型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？依據(jù)是什么？10/7/202212.應(yīng)變片的粘貼：應(yīng)變片的粘貼：1.去污：采用去污：采用手持砂輪工具除去手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力細(xì)紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。棉球擦洗。10/7/202213.2.2.貼片：在應(yīng)變貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的片的表面和處理

9、過的粘貼表面上，各涂一粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應(yīng)變片放上用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出手指揉和滾壓，排出下面的氣泡下面的氣泡 。10/7/202214.3.測量測量：從：從分開的端子處，分開的端子處，預(yù)先用萬用表測預(yù)先用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。壞的應(yīng)變片。10/7/202215.4.焊接：焊接：將引線和端子用將引線和端子用烙鐵焊接起來，烙鐵焊接起來，注意不要把端子注意不要把端子扯斷。扯斷。10/7/202216.5.固定：固定：

10、焊接后用膠焊接后用膠布將引線和布將引線和被測對象固被測對象固定在一起，定在一起，防止損壞引防止損壞引線和應(yīng)變片。線和應(yīng)變片。10/7/202217.三、測量轉(zhuǎn)換電路三、測量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋不平衡電橋 金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。且誤差很大。例例如，如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R R0 0為為100100，靈敏度，靈敏度K K=2=2，粘貼在橫截面積為，粘貼在橫截面積為9.8mm9.8mm2 2的的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量鋼質(zhì)

11、圓柱體上，鋼的彈性模量E E=2=2 10101111N/mN/m2 2，所受拉力所受拉力F F=0.2t=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值，受拉后應(yīng)變片的阻值R R 的變的變化量僅為化量僅為0.20.2，所以必須使用不平衡電橋來測所以必須使用不平衡電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉(zhuǎn)量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉(zhuǎn)換電路是如何將換電路是如何將 R/R轉(zhuǎn)換為輸出電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓Uo的。的。10/7/202218.三、測量轉(zhuǎn)換電路三、測量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋不平衡電橋 10/7/202219.電橋平衡的條件電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RPRP，最終可以，最終可以

12、使使R R1 1/R R2 2=R R4 4/R R3 3（R R1 1、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并聯(lián)并聯(lián)RPRP后的后的等效電阻）等效電阻），電橋趨于，電橋趨于平衡，平衡，U Uo o被預(yù)調(diào)到零位，被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖這一過程稱為調(diào)零。圖中的中的R R5 5是用于減小調(diào)節(jié)是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。范圍的限流電阻。10/7/202220.單臂電橋單臂電橋全橋四臂工全橋四臂工作方式的靈敏作方式的靈敏度最高，雙臂度最高，雙臂半橋次之，單半橋次之，單臂半橋靈敏度臂半橋靈敏度最低。最低。10/7/202221.雙臂電橋雙臂電橋 R1、R2為應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變片，片，R3、

13、R4為固定為固定電阻電阻。應(yīng)變片。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變感受到的應(yīng)變 1 2以及產(chǎn)生的以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號相電阻增量正負(fù)號相間，可以使輸出電間，可以使輸出電壓壓Uo成倍地增大。成倍地增大。10/7/202222.四臂全橋四臂全橋 全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變?nèi)绻O(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片片R1R4產(chǎn)生的電阻增量（或產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變感受到的應(yīng)變 1 4）正負(fù)號相）正負(fù)號相間，就可以使輸出電壓間，就可以使輸出電壓Uo成倍成倍地增大。上述三種工作方式中，地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最全橋四臂工作方式的靈敏

14、度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。10/7/202223.全橋的溫度補(bǔ)償原理全橋的溫度補(bǔ)償原理 當(dāng)環(huán)境溫度升高當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂消，所以全橋的溫漂較?。话霕蛞餐瑯幽茌^??；半橋也同樣能克服溫漂?？朔仄?。10/7/202224.10/7/202225.四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。

15、它可以測量應(yīng)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。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)用可分為兩大類：電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將第一類是將應(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)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一中，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；轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于第二類是

16、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。從應(yīng)變儀上讀取被測試件的應(yīng)變量。10/7/202226.應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 FFFF10/7/202227.各種懸臂梁各種懸臂梁 FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜10/7/202228.應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2 R410/7/202229.應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF10/7/202230.荷重傳感器原理演示荷重傳感器原理演示荷重傳荷重傳感器上的應(yīng)變感器上的應(yīng)變片在重力作用片在重力作用下產(chǎn)生變形。下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑軸向變短，徑向變長。向變長。10/7/202231.汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)稱重系統(tǒng)10/7/202232.電子天平電子天平電子天平的精度電子天平的精度可達(dá)十萬分之一可達(dá)十萬分之一10/7/202233.人體秤人體秤 10/7/202234.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)