4应变片式传感器ppt课件
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应变片式压力传感器.pptx
一、应变片压力传感器
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片
图1 应变片压力传感器示意图
谢谢大家！专业专注源自专心《化工仪表与自动化控制》
——应变片式压力传感器
工作单位：山东轻工职业学院
主讲：石飞
一、应变片压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半 导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸） 应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输 出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力 计。
第3章电阻应变片式传感器1-PPT讲义
bhfrbhfr测量bk2s产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切s梁结构拉压输出对称性好测量精度高结构紧凑安装方便广泛用于机电结合秤料斗秤包装秤等各种测力称重系统中供桥电压12vdc输入阻抗38020输出阻抗35010绝缘电阻2000m工作温度1050bk采用轮辐式结构高度低抗偏抗侧能力强测量精度高性能稳定可靠安装方便是大中量程精度传感器中的最佳形式广泛用于各种电子衡器和各种力值测量如汽车衡轨道衡吊勾秤料斗秤技术参数量程t12510203050供桥电压12vdc灵敏度152mvv输入阻抗73020非线性fs00300501输出阻抗70010重复性fs00300501绝缘电阻2000m滞后fs00300501工作温度1050允许过负荷120fs热零点偏移fs10主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件
产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏 感栅的应变量逐渐减少。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •应变效应：即导体或半导体材料在外界力的作
用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，
这种现象称为“应变效应”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏 感栅的应变量逐渐减少。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •应变效应：即导体或半导体材料在外界力的作
用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，
这种现象称为“应变效应”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
《应变片传感器》课件
详细描述
在桥梁和建筑物中安装应变片传感器，实时监测结构的应变变化，包括载荷、温 度、湿度等影响因素。通过数据分析，可以评估结构的健康状况，及时发现潜在 的安全隐患，并采取相应的维护措施。
机械设备的状态监测
总结词
利用应变片传感器监测机械设备的应力、应变和振动等参数，评估其运行状态和预测故障。
详细描述
下的测量。
总结词
成本低、易于加工
详细描述
陶瓷应变片的成本较低，易于加工和制造 ，可以制作出各种形状和规格的应变片。
总结词
电气性能优良
详细描述
陶瓷应变片的电气性能优良，具有高灵敏 度和低输出阻抗的特点，能够实现快速响 应和精确测量。
光纤应变片
总结词
非接触式测量、抗电磁干扰
详细描述
光纤应变片采用光纤材料，利用光的干涉和折射原理测量 应变，具有非接触式测量和抗电磁干扰的特点。
优化结构设计
通过改进和优化应变片传感器的结构 设计，提高其测量精度和稳定性，减 少环境因素和机械噪声对测量结果的 影响。
误差补偿和校准技术
采用先进的误差补偿和校准技术，对 应变片传感器的输出信号进行修正和 处理，提高测量结果的准确性和可靠 性。
降低成本与推广应用
批量生产与自动化制造
通过实现应变片传感器的批量生产和自 动化制造，降低生产成本，提高生产效 率，进一步推广应用。
04
详细描述
半导体应变片的温度系数较小，能够 在较宽的温度范围内保持稳定的性能 。
06
详细描述
半导体应变片易于与集成电路集成，可以实现 微型化和集成化，适用于各种小型化和便携式 的测量系统。
陶瓷应变片
总结词
耐高温、化学稳定性好
详细描述
在桥梁和建筑物中安装应变片传感器，实时监测结构的应变变化，包括载荷、温 度、湿度等影响因素。通过数据分析，可以评估结构的健康状况，及时发现潜在 的安全隐患，并采取相应的维护措施。
机械设备的状态监测
总结词
利用应变片传感器监测机械设备的应力、应变和振动等参数，评估其运行状态和预测故障。
详细描述
下的测量。
总结词
成本低、易于加工
详细描述
陶瓷应变片的成本较低，易于加工和制造 ，可以制作出各种形状和规格的应变片。
总结词
电气性能优良
详细描述
陶瓷应变片的电气性能优良，具有高灵敏 度和低输出阻抗的特点，能够实现快速响 应和精确测量。
光纤应变片
总结词
非接触式测量、抗电磁干扰
详细描述
光纤应变片采用光纤材料，利用光的干涉和折射原理测量 应变，具有非接触式测量和抗电磁干扰的特点。
优化结构设计
通过改进和优化应变片传感器的结构 设计，提高其测量精度和稳定性，减 少环境因素和机械噪声对测量结果的 影响。
误差补偿和校准技术
采用先进的误差补偿和校准技术，对 应变片传感器的输出信号进行修正和 处理，提高测量结果的准确性和可靠 性。
降低成本与推广应用
批量生产与自动化制造
通过实现应变片传感器的批量生产和自 动化制造，降低生产成本，提高生产效 率，进一步推广应用。
04
详细描述
半导体应变片的温度系数较小，能够 在较宽的温度范围内保持稳定的性能 。
06
详细描述
半导体应变片易于与集成电路集成，可以实现 微型化和集成化，适用于各种小型化和便携式 的测量系统。
陶瓷应变片
总结词
耐高温、化学稳定性好
详细描述
《电阻应变片传感器》PPT课件
23
4. 允许电流 是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许
通过的最大电流在静态测量时，允许电流一般为 25mA；在动态测量时，允许电流可达75~100mA。
5. 应变极限 指在温度一定时，指示应变值和真实应变值的相
对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般 差值规定为10%，当指定应变值大于真实应变值的10% 时，真实应变值称为应变片的极限应变。
电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域 测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其 敏感栅材料及制作方法可分类如下表：
3
电阻应变片的种类
4
2.2 电阻应变片的工作原理
2.2.1 金属的应变效应 ❖ 金属应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，
其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。由于
因温度变化引起的电阻变化作用相互抵消，这样就起到了温度补 偿的作用。
31
图2-6 桥路补偿法
32
2. 应变片自补偿法
粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产
生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应变片称为应变片自 补偿法。下面介绍两种自补偿应变片。
（1）选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同（一个为正，一个为
负）的特性，将二者串联绕制成敏感栅，如图2-7所示。若两段敏
感栅的电阻R1和 R2 ，由于温度变化而产生的电阻变化
大小相等而符号相反，就可以实现温度补偿，电阻
R1t
R2t
R R R /
1
2t
2
R R R /
2
1t 1
R R 而其中 ( ) ( )
4. 允许电流 是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许
通过的最大电流在静态测量时，允许电流一般为 25mA；在动态测量时，允许电流可达75~100mA。
5. 应变极限 指在温度一定时，指示应变值和真实应变值的相
对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般 差值规定为10%，当指定应变值大于真实应变值的10% 时，真实应变值称为应变片的极限应变。
电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域 测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其 敏感栅材料及制作方法可分类如下表：
3
电阻应变片的种类
4
2.2 电阻应变片的工作原理
2.2.1 金属的应变效应 ❖ 金属应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，
其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。由于
因温度变化引起的电阻变化作用相互抵消，这样就起到了温度补 偿的作用。
31
图2-6 桥路补偿法
32
2. 应变片自补偿法
粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产
生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应变片称为应变片自 补偿法。下面介绍两种自补偿应变片。
（1）选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同（一个为正，一个为
负）的特性，将二者串联绕制成敏感栅，如图2-7所示。若两段敏
感栅的电阻R1和 R2 ，由于温度变化而产生的电阻变化
大小相等而符号相反，就可以实现温度补偿，电阻
R1t
R2t
R R R /
1
2t
2
R R R /
2
1t 1
R R 而其中 ( ) ( )
应变片式传感器PPT演示课件
要满足电桥平衡条件,
U0
=0, 则有
Z1 Z4 = Z2 Z3
取Z1= Z2 = Z3 = Z4， 可得
1
R1 jwR1C1
R4
1
R2 jwR2C2
R3
21
整理得
R3 R1
jwR3C1
R4 R2
jwR4C2
其实部、 虚部分别相等, 并整理可得交流电桥的平衡条件为:
R2 R4 R1 R3 及 R2 C1 R1 C2
相邻相减，相对相加。
4
一、 直流电桥
1.
电桥如图 2-29 所示, U为电源, R1、R2、R3 及R4为桥臂电阻, RL为负载电阻。
5
图2-29 直流电桥
6
退出
U0
U ( R1 R1 R2
R3 ) R3 R4
当电桥平衡时, Uo=0, 则有
R1R4 = R2R3
或
R1 R3 R2 R4
R
106 m
则ΔR=1.64×103 ×R=1.64×103 ×120Ω=0.1968Ω
U0
Ui 4
R R
3 4
1.64 103
1.23103 V
=1.23(mV) 25
2-2 如果将120Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件 的截面积S=0.5×10-4m2，材料弹性模量E=2×1011 N/m2。 若由5×104N的拉力引起应变片电阻变化为1.2Ω，求该 应变片的灵敏系数K。
8
U0
U ( R1 R1 R1 R1 R2
R3 R3 R4
)
U
第2章 应变片传感器104页
15
引线
覆盖层
基片
敏感栅
图2-1 金属丝式应变片
（1）制作：由金属丝绕制而成。
（2）材料：电阻率ρ大而电阻温度系数α小的材料。
（3）表示方式：一般以使用面积（ l ）b 和敏感栅的电阻值来表示。
（4）阻值范围：一般在50～1 000Ω范围内，常用的为120 Ω。 16
二、箔式应变片 应用较多
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， 能将温度影响减小到最小的程度，适合于大批量生 产，目前已用于各种应变式传感器的制造中。
图2-2 箔式应变片 17
三、金属薄膜应变片
金属薄膜应变片主要是采用真空蒸镀 技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属材 料薄膜，最后加保护层形成，它是近年 来薄膜技术发展的产物。
18
四、半导体应变片
半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制 成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而变 化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺点是灵 敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线 性严重，使用时需采用温度补偿和非线性补偿 措施。
8
令 x
d称l 为电阻丝轴向应变 l
y
dr r
称为电阻丝径向应变
由材料力学可知, 在弹性范围内, 金属丝受拉力
时, 沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径
向应变的关系可表示为:
dr dl
r
l
y x （2-4）
μ——电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。
9
由 A及r2材料力学知识: y x
22
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？
23
2.1.3 电阻应变片的粘贴技术
引线
覆盖层
基片
敏感栅
图2-1 金属丝式应变片
（1）制作：由金属丝绕制而成。
（2）材料：电阻率ρ大而电阻温度系数α小的材料。
（3）表示方式：一般以使用面积（ l ）b 和敏感栅的电阻值来表示。
（4）阻值范围：一般在50～1 000Ω范围内，常用的为120 Ω。 16
二、箔式应变片 应用较多
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， 能将温度影响减小到最小的程度，适合于大批量生 产，目前已用于各种应变式传感器的制造中。
图2-2 箔式应变片 17
三、金属薄膜应变片
金属薄膜应变片主要是采用真空蒸镀 技术，在薄的绝缘基片上蒸镀上金属材 料薄膜，最后加保护层形成，它是近年 来薄膜技术发展的产物。
18
四、半导体应变片
半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制 成的。当它受力时，电阻率随应力的变化而变 化。它的主要优点是灵敏度高，主要缺点是灵 敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线 性严重，使用时需采用温度补偿和非线性补偿 措施。
8
令 x
d称l 为电阻丝轴向应变 l
y
dr r
称为电阻丝径向应变
由材料力学可知, 在弹性范围内, 金属丝受拉力
时, 沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径
向应变的关系可表示为:
dr dl
r
l
y x （2-4）
μ——电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。
9
由 A及r2材料力学知识: y x
22
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？
23
2.1.3 电阻应变片的粘贴技术
应变式传感器
(1)差动电桥
B R1＋R1
＋
R2－R2
A
C
Uo
R3
R4
－
D
B
R1＋R1
＋
R2－R2
A
C
Uo
R3－R3 D
R4＋R4
－
E
E
(a)
(b)
图2-9 差动电桥
半桥差动：在试件上安装两个工作应变片，一种受拉应变，一种受 压应变， 接入电桥相邻桥臂。
Uo
U R1
R1 R1 R1 R2 R2
R3 R3 R4
Uo
U R1
R1 R1 R1 R2 R2
R3
R3 R3 R3 R4 R4
若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4 ， R1=R2=R3=R4，则得
Uo
U
R1 R1
R R
B R R
A
C
Uo
R R R R D
U
可知：Uo 与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电 桥电压敏捷度Su=U，是单臂工作时旳4倍。
U R 1
Uo
4
R1
1
R1 2R1
U
' 0
U 4
R1 R1
U Su 4
应用：根据上式，假如已知应变，就能够求出输出电压；反之依然。
2.非线性误差及其补偿措施
实际情况（保存分母中旳ΔR1/R1项）：
n R1
U0
U
1 n
R1 R1 R1
(1
n)
若n=1：
理想情况（略去分母中旳ΔR1/R1项）：
/
2)
2
内贴取“＋”
式中： h——圆环厚度； b——圆环宽度； E——材料弹性模量。
应变片传感器的应用61页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
应变片传感器的应用
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
应变式力传感器示意图课件
n 产生机械滞后的原因，主要是金属丝、粘结剂和 基底在承受机械应变后都留有残余变形。
n 零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时 间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点 漂移。
n 蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。
n 当温度在-200℃--0℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
当温度在0℃--850℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
n 式中 t —摄氏温标下的温度值；
Rt—t℃时的阻值； R0—0℃时的阻值；
A— 常数，
B— 常数，
C— 常数，
n 2 铜热电阻传感特性 n 铜热电阻的温度系数比铂热电阻大，价格低，而
n 温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。
n 5 应变极限
n 指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
但是在输出结果中还存在始终等于同相输入Ui+
的另一项，这使得输出电压与差分输入电压呈
非线性关系。
n 图2-34为改进的差动放大电路。利用虚短和虚 断的概念，得到Uo的表达式为
n 令Z2＝Z1，Z3=Zf
n 2.1.3 电阻应变片的主要特性
n 1 灵敏系数
n 灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。
n 电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因：
(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。
n 零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时 间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点 漂移。
n 蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。
n 当温度在-200℃--0℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
当温度在0℃--850℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
n 式中 t —摄氏温标下的温度值；
Rt—t℃时的阻值； R0—0℃时的阻值；
A— 常数，
B— 常数，
C— 常数，
n 2 铜热电阻传感特性 n 铜热电阻的温度系数比铂热电阻大，价格低，而
n 温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。
n 5 应变极限
n 指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
但是在输出结果中还存在始终等于同相输入Ui+
的另一项，这使得输出电压与差分输入电压呈
非线性关系。
n 图2-34为改进的差动放大电路。利用虚短和虚 断的概念，得到Uo的表达式为
n 令Z2＝Z1，Z3=Zf
n 2.1.3 电阻应变片的主要特性
n 1 灵敏系数
n 灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。
n 电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因：
(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。
应变片式传感器
悬臂梁式传感器的原理
• 当自由端产生挠度时,悬臂梁表面的应变 电桥就有输出.
悬臂弯曲等截面梁的设计 （1）、压力传感器
R1,2 P h e R3,4 b
6 P (l e) 2 bh
6 P (l e) 2 Ebh
2
力P与输出指示应变的关系
Ebh P i 24(l e)
说明
• 图(c)是两端固定支梁，应变片 贴在应变最大的中心部位，在 上下表面各贴两片。这种结构 当梁受力过载时容易产生非线 性误差.梁和壳体一般是做成一 体,避免两固定端在工作过程中 可能滑动而产生误差
• 图(d)是等强度悬臂梁，在梁的 上下表面各贴两片应变片，上 表面的应变片为拉应变，下表 面的应变片为压应变，四个应 变片组成全桥差动结构。这种 传感器具有结构简单、加工容 易、应变片容易粘贴、灵敏度 度较高等特点.
• 性能稳定，
• 工作可靠。
电阻应变计式传感器 组成
• 应变片 • 弹性元件 • 附件（补偿元件、防护罩、接线插 座、加载件）。
三、电阻应变式传感器的分类
• • • • • • • 测力传感器 称重传感器 扭距传感器 压力传感器 位移传感器及引伸计 振动（加速度）传感器 其它力学量传感器
电阻应变式传感器的 一般工作原理
如果桥压10V,应变片的灵敏系数为 K=2,
每伏桥压的输出（满量程）
S 型双连孔测力传感器
E
F
I
H
注：片1、3拉应变 片2、4压应变
• 四个应变片粘贴在截面最小处,应变最大 处,而且整个弹性元件上不存在应力集中 处 • EF IH易于变形 EI FH很刚硬
YZ101系列是一种S型结构的负荷传感器， 拉压均可使用。是一种结构设计上别具 特色的双复梁传感器，由于应变部位的 独到设计使其具有很高的过载能力和很 高的精度。
应变片式传感器
2-1使用时的重要注意事项：应变片式传感器无法在含有氢气的环境下使用。
（关于汽车试验用传感器，请参照第5章。
）（关于土木·建筑用传感器，请参照第7章。
）●应变片式传感器2-2应变片式传感器电桥电阻 R＝350Ω 延长电缆0.5mm 2，4芯氯丁橡胶汽车轮胎电缆每1m 的往复电阻为0.0794Ω≒0.08Ω将传感器测量的应变值或是输出电压值进行物理量的换算因传感器电缆延长而引起的灵敏度下降传感器的额定输出电压表示（mV/V）与应变表示（×10-6应变量）的关系通过记载在传感器检查成绩书上的标定系数，可以很容易的进行物理量的换算。
●使用应变式测量器时：测量应变值 算出的物理量＝测量应变值（×10-6）×A A ：表示为相当于同等应变值1×10-6应变量的物理量的标定系数●使用其他放大器、记录器时：输出电压值B ：当电桥激励电压为IV时,输出1V所相当的物理 量的标当系数应变片式传感器在与信号放大器，传感器用计数显示器，应变测量器等连接使用测量而需要延长电缆时，可能会因延长电缆，会使电阻值出现灵敏度下降的情况。
这是由电缆电阻值增加使传感器的电压（激励电压） 下降。
敏感度下降的额定输出可按以下公式计算而出。
使用于传感器额定输出的mV/V表示相对电桥电压1V的输出电压（mV）。
该电压与应变量（×10-6应变量）的关系为： 1mV/V＝2000×10-6应变量 详情请参照测量记录的Ｐ.9-13。
算出的物理量＝×B电桥输出电压（μV）电桥激励电压（V）Ｒ ：传感器的输入电阻值（Ω）ｒ： 每1m延长电缆的往复电阻值（Ω）Ｌ： 延长电缆的长度（m）εi ：检查成绩书上记载的额定输出ε0 ＝ εiRR＋（r×L）（ ）使用本公司延长电缆（N-82~85，100）时的灵敏度下降N-82N-83N-84N-85N-10010m 20m 30m 50m 100m0.2％0.5％0.7％1.1％2.2％0.81.62.4480.9980.9950.9930.9890.978型号名称电缆长度（L）灵敏度低下率（约）r×L （Ω）（约）RR＋（r×L）参 考●应变片式传感器。
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Uo= U R1 由上式可知, 2Uo与R（1 ΔR1/R1）呈线性关系, 差动电桥无非
线性误差, 而且电桥电压灵敏度ku=U/2,比单臂工作时提高一
倍, 同时还具有温度补偿作用。
若将电桥四臂接入四片应变片, 如图 2-29（d）所示,此时
全桥差动电路不仅没有非线性误差, 而且电压灵敏度是单片的
4 倍, 同时仍具有温度补偿作用。
U0 U
n (1 n)2
R1
R1
9
电桥电压灵敏度定义为
ku
U0 R1
U
n (1 n)2
R1
从上式分析发现:
① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压, 供电电压越高, 电桥电压灵敏度越高, 但供电电压的提高受到应变片允许功 耗的限制, 所以要作适当选择;
② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数, 恰当地选择 桥臂比n的值, 保证电桥具有较高的电压灵敏度。
5
图2-29 直流电桥
6
退出
U0
U ( R1 R1 R2
R3 R3 R4
)
当电桥平衡时, Uo=0, 则有
R1R4 = R2R3
或
R1 R3 R2 R4
（2-41）
式（2 - 41）称为电桥平衡条件。这说明欲使电桥平衡, 其相 邻两臂电阻的比值应相等, 或相对两臂电阻的乘积相等。
7
2. R1为工作应变片，R2, R3, R4为电桥固定电阻，这就构成 了单臂电桥。应变片工作时, 其电阻值变化很小, 电桥相应输 出电压也很小, 一般需要加入放大器放大。由于放大器的输入 阻抗比桥路输出阻抗高很多, 所以此时仍视电桥为开路情况。 当产生应变时, 若应变片电阻变化为ΔR, 其它桥臂固定不变, 电 桥输出电压Uo≠0, 则电桥不平衡输出电压为
由于
R，电K桥输出公式又可写成:
R
U sc
1 4
K
1
3
2
4 Usr
上式为电桥加减特性表达式。
3
★重要结论： 相邻桥臂电阻（应变）变化，同号相
减，异号相加；相对桥臂电阻（应变）变化， 同号相加，异号相减。
★电桥输出的八字原则:
相邻相减，相对相加。
4
一、 直流电桥
1.
电桥如图 2-29 所示, U为电源, R1、R2、R3 及R4为桥臂电阻, RL为负载电阻。
8
U0
U ( R1 R1 R1 R1 R2
R3 R3 R4
)
U
(R1
R1R4 R1 R2 )(R3
R4 )
R4 R1
U
(1
R3 R1
R1 R2 )(1
R4
)
R1 R1
R3
设桥臂比n = R2/R1, 由于ΔR1/R1较小, 分母中ΔR1/R1可忽略, 并考虑到平衡条件R2/R1= R4/R3, 则上式可写为 （2-43）
15
图2-30 交流电桥
16
退出
U0
Z1 (Z1
• Z4 Z2 Z2 )(Z3
•
Z3 U Z4)
所以平衡条件为
Z1Z4 Z2Z3 0
或
设电桥臂阻抗为
Z1 Z3 Z2 Z4
Z1 r1 jX1 z1e j1 Z2 r2 jX 2 z2e j2
Z3 r3 jX 3 z3e j3
对于一般应变片来说, 所受应变ε通常在5×10-3 以下, 若
取KU=2, 则ΔR1/R1=KUε=0.01, 代入上式计算得非线性误差为 0.5%; 若Ku=130, ε=1×１0-3时, ΔR1/R1=0.130, 则得到非线性误 差为6%, 故当非线性误差不能满足测量要求时, 必须予以消除。
13
为了减小和克服非线性误差, 常采用差动电桥如图 2-29(c)
所示, 在试件上安装两个工作应变片, 一个受拉应变, 一个受压
应变, 接入电桥相邻桥臂, 称为半桥差动电路, 该电桥输出电压
为
U0
U( R1
R1 R1 R1 R2 R2
R3 R3 R4
)
若ΔR1=ΔR2, R1=R2, R3=R4, 则得
ΔR1后，引起Z1变化ΔZ1，可算出：
Z4 • Z1
U0
U•
(1
Z2
Z3
Z1 Z1 )(1
Z4
)
Z1 Z1
Z4 r4 jX 4 z4e j4
17
z1 z3 z2 z4
1 4 2 3
上列各式说明: 交流电桥的平衡条件与直流电桥的不同, 需要满足两个方程式, 即必须不仅各桥臂复阻抗的模满足一 定的比例关系, 而且相对桥臂的幅角和必须相等。
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2.交流应变电桥的输出特性及平衡调节
交流电桥的初始状态是平衡的。当工作应变片R1改变
10
由dku /dn = 0求RU的最大值, 得
dku dn
1 n2 (1 n)3
0
求得n=1时, ku为最大值。这就是说, 在电桥电压确定后, 当 R1=R2=R3=R4时, 电桥电压灵敏度最高, 此时有
U0
U 4
R1 R
U ku = 4
11
从上述可知, 当电源电压U和电阻相对变化量ΔR1/R1一 定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值, 且与各桥臂电阻 阻值大小无关。
3. 电桥的非线性误差
由式（2-43）求出的输出电压因略去分母中的ΔR1/R1项
而得出的是理想值, 实际值计算为
n R1
U 0
U
(1
n
R1 R1 )(1
n)
R1
12
非线性误差为
R1
δ=
U0 U0 U0
1
R1 n
R1
R1
如果是四等臂电桥, R1=R2=R3=R4, 则
δ=
R1 2R1
1 R1 2R1
同学们好！
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1
4.电桥输出公式
直流电桥、交流电桥均适合：
Usc
1 4
R1 R
R3 R
R2 R
R4 R
UsrΒιβλιοθήκη 2电桥输出公式的使用前提条件：
1）先决条件是：电桥起始是平衡的；
2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近；
3）Ri 仅发生微小变化；
R
4）假定各桥臂电阻起始是相等的。
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二、 交流电桥
根据直流电桥分析可知, 由于应变电桥输出电压很小, 一般 都要加放大器, 而直流放大器易于产生零漂, 因此应变电桥多采 用交流电桥。
当采用交流供桥载波放大时, 应变电桥也需交流电源供电。 应变电桥各臂一般是由应变计或无感精密电阻组成, 是纯电阻 电桥。 但在交流电源供电时, 需要考虑分布电容的影响, 这相 当于应变计并联一个电容(如图2-30所示)。 此时桥臂已不是纯 电阻性的, 这就需要分析各桥臂均为复阻抗时一般形式的交流 电桥。 交流电桥的一般形式如图2-30 所示, 其中Z1, Z2, Z3, Z4为复阻抗。其电源电压, 输出电压均应用复数表示。 输出电 压的特性方程为