2019最新传感器八化学

由材料力学可知，x=F /（AE），所以R /R又
可表示为
R K F
2-2
R AE
如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面积A以及 弹性模量Ｅ均为已知，则只要设法测出R /R 的数 值，即可获知试件受力Ｆ的大小，例如可用于电子
秤的称重。
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二、应变片的种类与结构
应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者
荷重传感器用于构件 的称重
荷重传感器
（共 3个，120度分布，以达到 均衡目的，另两个未拍出）
垫块
底座
电缆
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
人体秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
信噪比：52dB
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电阻应变仪（续）
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Байду номын сангаас
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与计算机接口的多路电阻应变测量模块
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材料应变的测量
斜拉桥上的斜拉绳 应变测试
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第 一 节作业
P38，2、3
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休息一下
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KFUi Fm
F
当KF 为常数时，桥路所加的激励源电压Ui 越 高，满量程输出电压Uom也越高。
思考：综合考虑灵敏度与功耗发热， Ui 的取值范围多少为好？
荷重传感器应用估算
Uo

F Fm
U om

KFUi Fm
F
例2-2 现用图2-8所示的荷重传感器称重。当桥路 电压为6V时，测得桥路的输出电压为24mV，求被测 荷重为多少吨。
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电阻应变仪（续）
（参考东方振动和噪声技术研究所资料）
右图所示的静动态 应变仪技术指标：
量程：1±10000με 频率范围：0-150kHz 平衡方式：手动
精度：0.3%
零点飘移： - /℃：±0.1με - /24小时：±0.5με
灵敏度变化： - /℃：±0.05% - /24小时：±0.3%
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投入式液位计
压阻式固态压力传感器用于投入式液位计： p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用 硅油传导压力而与液体相通。
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投入式液位计外形（续）
橡胶 背压管
压阻式 固态压力
传感器
光柱 显示器
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投入式液位传感器
投入式液位传感 器安装方便，适应于 深度为 几米 至 几十 米，且混有 大 量 污 物、杂质的水或其他 液体的液位测量。
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箔式应变片的外形
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半导体应变片及金属 丝式应变片的结构
金属丝式应变片的 内部结构
半导体应变片 外形
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应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
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应变片的粘贴：
1. 去污：采用 手持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并用 细纱布交叉打磨出 细纹以增加粘贴 力 ，用浸有酒精 或丙酮的纱布片或 脱脂棉球擦洗。
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全桥的温度补偿原理
当环境温度升高 时，桥臂上的应变片 温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数 值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 较小；半桥也同样能 克服温漂。
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四、应变效应的应用
应变效应的应用十分广泛。它可以测量应 变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。 电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将 应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量 转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用 应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一 般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量 转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于 被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接 从应变仪上读取被测试件的应变量。
第二章 电阻传感器
本章学习电阻式传感器的原 理及应用，包括：电位器、电阻 应变片、测温热电阻、气敏电阻 及湿敏电阻等。
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第一节 电阻传感器
导体或半导体材料在外界力的 作用下，会产生机械变形，其电阻 值也将随着发生变化，这种现象称
为应变效应。
电阻应变式传感器主要由电阻 应变片及测量转换电路等组成。
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4.焊接： 将引线和端子用 烙铁焊接起来， 注意不要把端子 扯断。
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5.固定： 焊接后用胶 布将引线和 被测对象固 定在一起， 防止损坏引 线和应变片。
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三、测量转换电路——不平衡电桥
金属应变片的电阻变化范围很小，如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难， 且误差很大。
10-6 表示之。例如，当 x为0.000001时，在工程中常表
示为110-6或m/m。在应变测量中，也常将之称为微 应变(με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应
变最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超
过201材9/8/1料9 的极限强度而导致断裂。
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应变片用于测量力F的计算公式
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投入式液位计液位的计算：
安装高度h0处水的表压 p1=gh1
h=h0+h1=h0+p1 /（g）
例：液位计安装高度为1m，测得压力 为98kPa，求水的深度。
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电阻应变仪
下图所示的静态应变仪测量范围：±19999με； 分辨率： 1με；电桥电压：直流2.5V； 应变片：120Ω或其他阻值； 测量点数：8/16点；
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三、测量转换电路——不平衡电桥
Uo

Ui 4
( R1 R1

R2 R2

R3 R3

R4 ) R4
2-3
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电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以
使R1/R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后的
等效电阻），电桥趋于
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2.贴片：在应变 片的表面和处理过的 粘贴表面上，各涂一 层均匀的粘贴胶 ， 用镊子将应变片放上 去，并调好位置，然 后盖上塑料薄膜，用 手指揉和滚压，排出 下面的气泡 。
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3.测量 ：从分 开的端子处，预先 用万用表测量应变
片的电阻，发现端
子折断和坏的应变 片。
2-1
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微应变(μ ε )
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左
右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，
电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料
大几十倍。
在材料力学中，x = l / l 称为电阻丝的轴向应变，
也称纵向应变，是量纲为1的数。 x通常很小，常用
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应变式力传感器
应变式力传感器
F
F
F
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F
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各种悬臂梁
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各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
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电缆
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应变片在悬臂梁上的粘贴及变形
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应变式荷重传感器的外形及
应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片
应用较多。金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。 由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔 式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批 量、一次性试验。
箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制 成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔 式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时 间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还 可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、 电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消， 从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变 式传感器中。
时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值
R发生变化。例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，
均导致R变大；又如，某些半导体受拉时，将变大
，导致R变大。
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R
R与材料力学中的轴向应变 线性的，即
K—电阻应变片的灵敏度
x的关系在很大范围内是
R R

Kx
例如，有一金属箔式应变片，标称阻值R0为 100，灵敏度K=2，粘贴在横截面积为9.8mm2 的钢质圆柱体上，钢的弹性模量E=21011N/m2， 所受拉力F=0.2t，受拉后应变片的阻值R 的变
化量仅为0.2，所以必须使用不平衡电桥来测 量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转 换电路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。
1~2以及产生的电