1、4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.3.1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器典型的应变式传感器n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差检流计in43213241in433211outURRRRRRRRURRRRRRU4321RRRR432211RRRRRR2431R
2、RRRn 电桥的平衡电桥的平衡341112in1134in433211out11RRRRRRURRRRURRRRRRU3412RRRRnout0defin112out1UURRnnUin211out0U1nnRRUKUn 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出检流计n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出 检流计0d/dnKU,1nin211out0U1nnRRUKU利用利用;21RR 43RR inmax41UKU1ninUn 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差341112in1134out11R
3、RRRRRURRRRU3412in1134out011RRRRURRRRU111211out0out0outL1RRRRRRUUU211LRR检流计非线性误差？非线性误差？检流计50002，k01.0/11KRR211LRR5.0L1000125，k125.0/11KRR9.5L111211out0out0outL1RRRRRRUUU25.6L半导体应变片半导体应变片金属应变片金属应变片n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差n 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施双臂受感电桥双臂受感电桥u差动电桥差动电桥u采用恒流源供电
4、电桥采用恒流源供电电桥四臂受感电桥四臂受感电桥半差动半差动全差动全差动双臂受感电桥双臂受感电桥in433221111outURRRRRRRRRU211RRn，11inout2RRUUin21UKU11inoutRRUUinUKU43211RRRRn，四臂受感电桥四臂受感电桥n 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施(差动差动)RIIRRU21outRRRIRU40outRIU0out恒流源供电电桥恒流源供电电桥40out0RIURRRUUU4out0out0outLn 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施(恒流源恒流源)非线性误差？非线性误差？附：电桥转换电路中的
5、温度温差附：电桥转换电路中的温度温差ttttRRRURRURRRRRRU22212ininout单臂受感电桥单臂受感电桥tttttRRRUURRRRRRRRRRUininout2222四臂受感电桥四臂受感电桥附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差tRRRUUinoutttRRRURRU22inout四臂受感电桥四臂受感电桥单臂受感电桥单臂受感电桥附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差0AB)(IRRUt0outRIU四臂受感电桥四臂受感电桥(恒流源恒流源)附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.3.
6、1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n 应变式力传感器应变式力传感器n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器n 应变式压力传感器应变式压力传感器n 应变式位移传感器应变式位移传感器n 应变式转矩传感器应变式转矩传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器n 应变式力传感器应变式力传感器u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器u 环式测力传感器环式测力传感器u 梁式测力传感器梁式测
7、力传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)敏感结构敏感结构Fzyx电阻应变片圆柱体：圆柱体：一端固支（非直接施力端）一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端）一端自由（直接施力端）典型的应变式传感器典型的应变式传感器Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 工作机理工作机理 圆柱体的应变圆柱体的应变电阻应变片的电阻相对变化电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出电桥的电压输出典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 特性方程
8、特性方程EAFzEAF141RRRRxKREAFRKR1232RRRRxKREAKFRR2典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 特性方程特性方程in433211outURRRRRRU121inKFEAUKF典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器out0out0outLUUU121KFEAKF 测量误差测量误差 非线性误差非线性误差典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u 圆柱式力传
9、感器圆柱式力传感器 测量误差测量误差Fzyx电阻应变片横向力的影响？横向力的影响？p 测量误差测量误差p 不稳定工作不稳定工作有可能形成弯曲变形有可能形成弯曲变形LFy典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)yx电 阻应变片连线承弯膜片承弯膜片电 阻应变片承弯膜片承弯膜片 典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 改进措施改进措施u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 改进措施改进措施多应变片应用方式多应变片应用方式 典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u
10、圆柱式力传感器圆柱式力传感器 应用特点应用特点Fzyx电阻应变片大力值测量大力值测量灵敏度低灵敏度低精度稍差精度稍差成本低成本低典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)Fzyx电阻应变片 典型应用典型应用衡衡 器器典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器u 环式测力传感器环式测力传感器等截面环变截面环典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(2)(2)u 环式测力传感器（续）环式测力传感器（续）八角环八角环平行四边形环平行四边形环典型的应变式传感器典型的应变式传感器应
11、变式力传感器应变式力传感器(2)(2)典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)电子衡器电子衡器典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)n 应变式力传感器应变式力传感器u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器u 环式测力传感器环式测力传感器u 梁式测力传感器梁式测力传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(3)(3)u 梁式测力传感器梁式测力传感器p 基于基于悬臂梁悬臂梁p 基于剪切梁基于剪切梁p 基于基于S型梁型梁p 双端固支梁双端固支梁典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(3)(3)F等截面梁o
12、x等截面梁FxLEbhFxx26)(典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)F等截面梁ox26)(EbhFLxRRRRRR4126EbhKRFLKRRRRRRRR322ininout6EbhUKFLURRURxLEbhFxx26)(典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)2ininout6EbhUKFLURRURxLEbhFxx26)(F等截面梁ox 典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)F等强度梁xoxLEbhFxx26)(F等截面梁ox206)(hEbFLxx典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)
13、(4)206)(hEbFLxx ：作用力到：作用力到 根部的距离根部的距离L等强度梁FF等强度梁 典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)敏感结构敏感结构悬臂梁：悬臂梁：一端固支（非直接施力端）一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端，一端自由（直接施力端，通过敏感质量）通过敏感质量）n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器a梁x xx典型的应变式传感器典型的应变式传感器 工作机理工作机理 悬臂梁的应变悬臂梁的应变电阻应变片的电阻相对变化电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出电桥的电压输出n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器a梁x xx典型的应变式传感器典型的应
14、变式传感器 特性方程特性方程maEbhxLFEbhxLxax2266)(RRRR41RRRR32Ra梁x xx要考虑积分的平均效果要考虑积分的平均效果n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器 特性方程特性方程RRUUinoutaxxLEbhKmU26122ina梁x xxn 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器 应用特点应用特点小量值加速度测量小量值加速度测量灵敏度高灵敏度高精度适中精度适中成本不高成本不高应用广泛应用广泛n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器 典型应用典型应用加速度计
15、加速度计弹性支承应变电阻丝质量块应变电阻丝限位销n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器应用特点？应用特点？n 应变式压力传感器应变式压力传感器u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器u 圆柱形应变筒式压力传感器圆柱形应变筒式压力传感器u 非粘贴式非粘贴式(张丝式张丝式)应变压力传感器应变压力传感器 典型的应变式传感器典型的应变式传感器u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器(1)(1)典型的应变式传感器典型的应变式传感器插头座 螺盖 外壳 垫圈 膜片环氧树脂 后盖膜片接线板应变式压力传感器应变式压力传感器(1)(1)典型的应
16、变式传感器典型的应变式传感器u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器利用已有知识，给出利用已有知识，给出“四臂受感四臂受感”检测方式，应变元件的设计方案检测方式，应变元件的设计方案u 圆柱形应变筒式压力传感器圆柱形应变筒式压力传感器应变筒电桥放大器应变式压力传感器应变式压力传感器(2)(2)典型的应变式传感器典型的应变式传感器应用特点？应用特点？n 应变式转矩传感器应变式转矩传感器。典型的应变式传感器典型的应变式传感器4.3.1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器典型的应变式传感器4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器(小结小结)作作 业：业：P153P153，前，前7 7题任选题任选3 3题，后面的任选题，后面的任选4 4题题 预预 习习第第6 6章章 压阻式传感器压阻式传感器
