2.1工作原理2.2電阻應(yīng)變片種類與特性2.3電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路2.4應(yīng)變式傳感器應(yīng)用

第2章應(yīng)變式傳感器（電阻式傳感器）

返回主目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解應(yīng)變效應(yīng)的原理;

學(xué)會(huì)應(yīng)變片的類型、結(jié)構(gòu)及其測(cè)量轉(zhuǎn)換電路;掌握電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用。

第2章應(yīng)變式傳感器1、測(cè)量原理：利用電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)將應(yīng)變（材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)變形量）轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。2、傳感器的構(gòu)成：由彈性元件和電阻應(yīng)變片構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上時(shí),彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化,通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測(cè)物理量的大小。3、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、線性好、容易獲取電信號(hào)、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。4、測(cè)量范圍：測(cè)量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。材料應(yīng)變的測(cè)量2.1工作原理一、應(yīng)變效應(yīng)（應(yīng)變：材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形量，即外形尺寸的相對(duì)變化量。）1、概念：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí),其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)演示：

取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺(tái)3位半位數(shù)字式歐姆表（分辨率為1/2000），記下其初始阻值（圖中為10.01）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為10.05）。測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變、力的傳感器就是利用類似的原理制作的。如圖所示,一根金屬電阻絲,在其未受力時(shí),原始電阻值為

2、原理分析：式中:ρ——電阻絲的電阻率;l——電阻絲的長(zhǎng)度;A——電阻絲的截面積。（2-1）

當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí),將伸長(zhǎng)ΔL,橫截面積相應(yīng)減小ΔA,電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變?chǔ)う?故引起電阻值的變化量ΔR,對(duì)2-1式

微分可得：若電阻絲是圓形的，則A=πr2,對(duì)r微分得dA=2πrdr，則：兩邊除以R(=ρL/A)后得：

(2-4)

由材料力學(xué)的知識(shí)：在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時(shí)，沿軸向伸長(zhǎng)，沿徑向縮短，則軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系為：

εy=-μεx

(2-5)

μ為金屬材料的泊松系數(shù)。將（2-4）式、（2-5）代入（2-2）式得：(2-4)

通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量,

其表達(dá)式為

靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響:

一個(gè)是受力后材料幾何尺寸的變化,即（1+2μ）;

另一個(gè)是受力后材料的電阻率發(fā)生的變化（壓阻效應(yīng)）,即（Δρ/ρ）/ε。3、靈敏度系數(shù)則在電阻絲拉伸極限內(nèi),電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比,即K為常數(shù)，

dR/R=K·ε

壓阻效應(yīng)極小，靈敏度系數(shù)表達(dá)式中（1+2μ）的值要比（（dρ/ρ）/ε）大得多,即

K≈1+2μ②半導(dǎo)體材料（（dρ/ρ）/ε）項(xiàng)的值比（1+2μ）大得多，即

K≈（dρ/ρ）/ε故

dR/R=

（dρ/ρ）

半導(dǎo)體材料在外力作用下，會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，從而引起電阻率ρ的變化，這一物理現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。①金屬材料由半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)可知式中：π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)；

E——材料的彈性模量（彈性模數(shù)）：表征材料對(duì)彈性變形的抵抗能力，即產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力。σ=Eε。由此可得

靈敏度系數(shù)為dR/R=

（dρ/ρ）③常用應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)金屬應(yīng)變片：2左右，不超過4～5；半導(dǎo)體應(yīng)變片：100～200?？梢姲雽?dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)大幾十倍；此外根據(jù)選用的材料或摻雜多少的不同，半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)可以做成正值或負(fù)值；但有溫度系數(shù)大,應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

４、測(cè)量原理

ΔR／Ｒ=K·ε應(yīng)變片直接感受的是應(yīng)變。當(dāng)測(cè)得應(yīng)變片電阻值變化量ΔR時(shí),便可得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值ε。根據(jù)虎克定律,得到應(yīng)力值σ為

σ=E·ε式中:σ——試件的應(yīng)力（N/m2或Pa);ε——試件的應(yīng)變;E——試件材料的彈性模量（N/m2或Pa)。

由此可知,應(yīng)力值σ正比于應(yīng)變?chǔ)?而試件應(yīng)變?chǔ)耪扔陔娮柚档淖兓?所以應(yīng)力σ正比于電阻值的變化,這就是利用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變的基本原理。

測(cè)量時(shí)將應(yīng)變片粘貼在彈性元件（試件）上

外力F彈性元件（試件）(σ

=F/A)應(yīng)力σ應(yīng)變?chǔ)牛é?E·ε）應(yīng)變片電阻變化（ΔR／Ｒ=K·ε）郁金香２.2電阻應(yīng)變片種類與特性一、電阻應(yīng)變片的種類及特點(diǎn)

電阻應(yīng)變片品種繁多,形式多樣。但常用的應(yīng)變片可分為兩類:金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。1、金屬應(yīng)變片（1）結(jié)構(gòu)：由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成,如圖所示。

敏感柵是應(yīng)變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層,兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)（2）種類①絲式應(yīng)變片：將金屬絲（0.05~0.15mm)按一定形狀彎曲后，用粘合劑粘貼在襯底（薄紙或有機(jī)聚合物）上，電阻絲兩端焊有引出線。特點(diǎn)：可獲得較大電阻值，工藝簡(jiǎn)單。絲式敏感柵的型式

U型V型H型②箔式應(yīng)變片：利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵,其厚度一般在0.003～0.01mm。

特點(diǎn)：散熱性好,允許通過的電流較大,可制成各種所需的形狀,便于批量生產(chǎn)。③薄膜式應(yīng)變片：采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵,最后再加上保護(hù)層。

特點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度系數(shù)大,允許電流密度大,工作范圍廣，穩(wěn)定性好。2、半導(dǎo)體應(yīng)變片（1）原理：半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的,其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí),其電阻率ρ發(fā)生變化而引起電阻值改變的現(xiàn)象。

(2)特點(diǎn)：

①優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高,比金屬絲式高50～80倍,尺寸小,橫向效應(yīng)小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。②缺點(diǎn)：溫度系數(shù)大,應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。圖2-3常用應(yīng)變片的形式三、應(yīng)變片的主要參數(shù)

其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。

幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用

b×L表示。電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例應(yīng)變片粘貼演示四、應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的檢查與選擇試件的表面處理底層處理貼片固化粘貼質(zhì)量檢查引線焊接與組橋連線步驟：

必須指出：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K并不等于其敏感柵整長(zhǎng)應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)K0，一般情況下，K<K0,這是因?yàn)椋趩蜗驊?yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，K除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測(cè)量的精度。因此，K值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下，通過實(shí)測(cè)來確定，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)稱為標(biāo)稱靈敏系數(shù)。規(guī)定條件：①試件材料取泊松比μ0=0.285的鋼材；②試件單向受力；③應(yīng)變片軸向與主應(yīng)力方向一致。郁金香２.３電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路

由于機(jī)械應(yīng)變一般都很小,(ε=10╳

10-6~3000╳10-6,一般K=2~3.6,若取K=2,ε=1000╳

10-6,R=120Ω,ΔR/R=K·ε=0.2%)要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化測(cè)量出來,同時(shí)要把電阻相對(duì)變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。因此,需要有專用測(cè)量電路用于測(cè)量應(yīng)變變化而引起的電阻變化,通常采用直流電橋和交流電橋。

一、直流電橋

1.電橋電路的構(gòu)成

直流電橋

（1）按橋臂電阻初始值情況分為：①等臂電橋：

R1=R2=R3=R4②輸出對(duì)稱電橋：R1=R2=RR3=R4=R′(R≠R′)③電源對(duì)稱電橋：R1=R3=RR2=R4=R′(R≠R′)(2)按電阻應(yīng)變片接入電橋的方法分為：①單臂電橋：一個(gè)臂接入應(yīng)變片，其它三個(gè)臂采用固定電阻；②雙臂電橋（半橋）：兩個(gè)臂接入應(yīng)變片，其它兩個(gè)臂采用固定電阻；③全橋：四個(gè)臂都接入應(yīng)變片。（２-１３）2、直流電橋的平衡條件當(dāng)RL=∞

時(shí)，電橋輸出電壓為：當(dāng)Uo=0時(shí),電橋平衡,則有：

R1R4=R2R3或（２-１４）

式（２–１４）稱為電橋平衡條件。這說明欲使電橋平衡,其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等,或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。應(yīng)變片測(cè)量電橋在工作前應(yīng)使電橋平衡（稱為預(yù)調(diào)平衡），以使應(yīng)變片在不感受應(yīng)變時(shí)電橋輸出電壓為零。

3.直流電橋的輸出電壓及其靈敏度

(1)單臂電橋:

R1為電阻應(yīng)變片，R2,R3,R4為電橋固定電阻，這就構(gòu)成了單臂電橋。VER1R2R3R4設(shè)橋臂比n=R2/R1,由于ΔR1<<R1,分母中ΔR1/R1可忽略,并考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3,則上式可寫為①輸出電壓靈敏度:

應(yīng)變片工作產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),若應(yīng)變片電阻變化為ΔR1,其它橋臂固定不變,電橋輸出電壓Uo≠0,則電橋不平衡輸出電壓為電橋電壓靈敏度定義為：

從上式分析發(fā)現(xiàn):①

電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓,供電電壓越高,電橋電壓靈敏度越高,但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制,所以要作適當(dāng)選擇;

②電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù),恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值,保證電橋具有較高的電壓靈敏度。

當(dāng)E值確定后,n值取何值時(shí)使KU最高？

由dKU/dn=0求KU的最大值,得Δ

求得n=1時(shí),KU為最大值。這就是說,在電橋電壓確定后,等臂電橋（R1=R2=R3=R4）或輸出對(duì)稱電橋（R2/R1=R4/R3=1)

的電壓靈敏度最高,此時(shí)有電壓靈敏度系數(shù):

KU=

②

非線性誤差及其補(bǔ)償方法

電橋的實(shí)際輸出電壓為：

由上式求出的輸出電壓因略去分母中的ΔR1/R1項(xiàng)而得出的是理想值,即只有當(dāng)ΔR1<<R1時(shí)，電橋輸出電壓與應(yīng)變才近似為線性。即單臂電橋輸出輸入關(guān)系為非線性。

Uo'與R1/R1的關(guān)系是非線性的，非線性誤差為：如果n=1，則當(dāng)非線性誤差不能滿足測(cè)量要求時(shí),必須予以消除。為了減小和克服非線性誤差,常采用差動(dòng)電橋。差動(dòng)半橋

差動(dòng)全橋（2）差動(dòng)半橋：在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片,一個(gè)受拉應(yīng)變,一個(gè)受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,該電橋輸出電壓為：

若ΔR1=ΔR2,R1=R2,R3=R4,則得

可見,差動(dòng)半橋輸出輸入呈線性關(guān)系,而且電橋電壓靈敏度KU=E/2,比單臂電橋提高一倍,同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。

（3）差動(dòng)全橋：若將電橋四臂接入四片應(yīng)變片,即兩個(gè)受拉應(yīng)變,兩個(gè)受壓應(yīng)變,將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上,構(gòu)成全橋差動(dòng)電路,如圖所示若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4,且R1=R2=R3=R4,則：可見：全橋差動(dòng)電路不僅沒有非線性誤差,而且電壓靈敏度是單片的4倍,同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。

（４）全橋工作設(shè)電橋初始平衡，四臂工作，各臂應(yīng)變電阻變化分別為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，代入式（２－１３）可得

上式中，ε可以是軸向應(yīng)變或徑向應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片粘貼方向確定后，若沿應(yīng)變片軸向?yàn)槔瓚?yīng)變，則ε以正值代入；若沿應(yīng)變片軸向?yàn)閴簯?yīng)變，則ε以負(fù)值代入。二、交流電橋引入原因：由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容。1、交流電橋的平衡條件交流電橋

根據(jù)交流電路分析可求出：

要滿足電橋平衡條件。即U0=0，則應(yīng)有

設(shè)四臂阻抗為上式中的R1、R2、R3、R4為各橋臂的電阻，X1、X2、X3、X4為各橋臂的電抗，分別為和各橋臂復(fù)阻抗的幅值和幅角。

代入上式中，得交流電橋平衡條件

上式說明，交流電橋平衡要滿足兩個(gè)條件，即相對(duì)兩臂復(fù)阻抗的模之積相等，并且其幅角之和相等。2、交流電橋的輸出特性與平衡調(diào)節(jié)設(shè)交流電橋的初始狀態(tài)是平衡的，。當(dāng)工作應(yīng)變片Z1改變Z1后，可算出：

略去上式分母中的，并設(shè)初始Z1=Z2，Z3=Z4，則

電橋的調(diào)平就是確保試件在未受載、無應(yīng)變的初始條件下，應(yīng)變電橋滿足平衡條件(初始輸出為零)。在實(shí)際的應(yīng)變測(cè)量中，由于各橋臂應(yīng)變計(jì)的性能參數(shù)不可能完全對(duì)稱，加之應(yīng)變計(jì)引出導(dǎo)線的分布電容如圖（其容抗與供橋電源頻率有關(guān)），嚴(yán)重影響著交流電橋的初始平衡和輸出特性。因此必須進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。交流電橋分布電容影響

式中,C1、C2表示應(yīng)變片引線分布電容。

每一橋臂上復(fù)阻抗分別為：交流電橋輸出：

電橋平衡條件：Uo=0，即：

Z1Z4=Z2Z3

整理可得：

變形為：

交流電橋的平衡條件（實(shí)部、虛部分別相等）：對(duì)全等臂電橋，上式即為：

R1=R2=R3=R4和C1=C2上式表明：交流電橋平衡時(shí)，必須同時(shí)滿足電阻和電容平衡兩個(gè)條件。

交流電橋調(diào)平衡常用方法：(1)電阻調(diào)平法①串聯(lián)電阻法

②并聯(lián)電阻法

調(diào)節(jié)多圈電位器

R5即可改變橋臂AD和CD的阻值比，使電橋滿足平衡條件。（2）電容調(diào)平法

①差動(dòng)電容法如圖所示。C3和C3為同軸差動(dòng)電容；調(diào)節(jié)時(shí)，兩電容變化大小相等，極性相反，以此調(diào)整電容平衡。②阻容調(diào)平法如圖

(b)。它靠接入T形RC阻容電路起到電容預(yù)調(diào)平的作用。必須注意：在同時(shí)具有電阻、電容調(diào)平裝置進(jìn)行阻抗調(diào)平的過程中，兩者應(yīng)不斷交替調(diào)整才能取得理想的平衡結(jié)果。郁金香

應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測(cè)量應(yīng)變、應(yīng)力、壓力、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：第一類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)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(cè)試件的應(yīng)變量。第二類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性元件上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。2.4應(yīng)變式傳感器應(yīng)用

應(yīng)變式傳感器包括三部分：一是彈性敏感元件：將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為彈性元件的應(yīng)變；二是應(yīng)變片：將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化；三是測(cè)量轉(zhuǎn)換電路：將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。一、力傳感器

(一）柱（筒）式力傳感器外形結(jié)構(gòu)：如圖所示為柱式、筒式力傳感器。

柱（筒）式力傳感器FF面積S-ε1+ε2-ε2+ε1截面積SF(a)實(shí)心圓柱(b)空心圓柱（筒式）F標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品F圓柱式力傳感器測(cè)力演示動(dòng)畫

圖2-9圓柱（筒）式力傳感器（a）柱式；（b）筒式；（c）圓柱面展開圖；（d）橋路連接圖內(nèi)部圖展開圖

設(shè)圓柱的有效截面積為A、泊松比為μ、彈性模量為E，四片相同的應(yīng)變片貼在圓柱的外表面并接成全橋形式。如外加荷重為F，則傳感器輸出為σ=E·εσ

=F/A因所以，εx=F/(AE)可見，輸出Uo正比于荷重F。例1

電阻應(yīng)變片阻值為R=120Ω，靈敏度系數(shù)K=2，沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E=2×1011N/m2，泊松比μ=0.3,求鋼柱受10噸拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的變化量ΔR和相對(duì)變化量。又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量為多少？解：電子皮帶秤與一般電子秤不同，屬于動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量用以測(cè)量皮帶機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所輸送的物料質(zhì)量。

q=WvQ—一段時(shí)間內(nèi)（t1~t2）的物料輸送量；q—單位時(shí)間內(nèi)所輸送的物料質(zhì)量；W—單位皮帶長(zhǎng)度上物料的質(zhì)量；V—皮帶輸送速度。1—料倉；2—電磁振動(dòng)給料機(jī)；3—秤架；4—力敏荷重傳感器（包括放大器）；5—環(huán)行皮帶；6—支點(diǎn)；7—減速電機(jī)；8—物料

當(dāng)未給料時(shí)，整個(gè)皮帶秤重量通過調(diào)節(jié)秤架上的平衡錘使之自重基本作用在支點(diǎn)6上，僅留很小一部分壓力作為傳感器預(yù)壓力。當(dāng)電磁振動(dòng)機(jī)開始給料時(shí)，通過皮帶運(yùn)動(dòng)，使物料平鋪在皮帶上。此時(shí)皮帶上物料重量一部分通過支點(diǎn)傳到基座，另一部分作用于傳感器上。

設(shè)每米物料重量為P，則傳感器受力為F，F(xiàn)=CP（C為系數(shù)，取決于傳感器距支點(diǎn)的距離）。當(dāng)傳感器受力后，傳感器中的彈性元件將產(chǎn)生變形，因此，粘貼于彈性元件上的力敏應(yīng)變電橋就有電壓信號(hào)U輸出，其值為式中：U——應(yīng)變電橋的電源電壓；R/R——應(yīng)變片的相對(duì)變化。當(dāng)U和R恒定時(shí)，U與受力成正比。因此U與P成正比。在皮帶速度V不變時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)皮帶上物料流量為Q=PV，即Q與P成正比。所以測(cè)量U的大小就間接地測(cè)量Q的大小。汽車衡汽車衡汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）汽車衡稱重系統(tǒng)人體秤

機(jī)器人握力測(cè)量（二）梁式力傳感器

懸臂梁是一端固定、一端自由的彈性敏感元件。它的特點(diǎn)是靈敏度比較高。所以多用于較小力的測(cè)量。例如，民用電子稱中就多采用懸臂梁。當(dāng)力F（例如蘋果的重力）以垂直方向作用于電子秤中的鋁質(zhì)懸臂梁的末端時(shí)，梁的上表面產(chǎn)生拉應(yīng)變，下表面產(chǎn)生壓應(yīng)變，上下表面的應(yīng)變大小相等符號(hào)相反。粘貼在上下表面的應(yīng)變片也隨之拉伸和縮短。得到正負(fù)相間的電阻值的變化，接入橋路后，就能產(chǎn)生輸出電壓。

1、等截面懸臂梁：（1）

應(yīng)變計(jì)算公式為：

ε=（6FX)/(Ebh2)

（2）特點(diǎn)：等截面懸臂梁應(yīng)變大小與應(yīng)變片的粘貼位置有關(guān)，在固定端產(chǎn)生的應(yīng)力最大。

稱重計(jì)

（3）產(chǎn)品舉例：MCC-X系列懸臂梁式稱重傳感器（北京正開儀器有限公司）

MCC-X系列懸臂梁式稱重傳感器外形低，自然線性優(yōu)良，抗側(cè)向力好，獨(dú)特的外形使得安裝方便?？捎糜诟黝愲娮映??！镏饕夹g(shù)指標(biāo)

量

程:10,20,30,50,100,200,300,500kg；

1,2,3,5,10,20,30,50t

靈敏度:1.5mV/V或0~5V,1~5V,0~10mA,4~20mA

非線性:0.03%F·S

滯

后:0.03%F·S

不重復(fù)性:0.03%F·S

溫

漂:0.003%F·S/oC

2、等強(qiáng)度懸臂梁：梁表面為一等腰三角形，作用在三角形的頂點(diǎn)。（1）應(yīng)變計(jì)算公式為：

ε=（6FX)/(Ebxh2)=（6FL)/(Eb0h2)(X/L=bx/b0

即x/bx=L/b0)（2）特點(diǎn)：等強(qiáng)度懸臂梁表面各點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)變相等。手提式電子秤吊鉤秤

便攜式應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手

用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。應(yīng)變式加速度傳感器原理：質(zhì)量塊m將加速度a轉(zhuǎn)換成慣性力F，F(xiàn)作用于懸臂梁的自由端，使之產(chǎn)生應(yīng)變，粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，輸出變化與加速度秤正比。圖2-12電阻應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖1—質(zhì)量塊；2—等強(qiáng)度梁；3—電阻應(yīng)變敏感元件；4—?dú)んw加速度測(cè)量壓力測(cè)量演示二、壓力測(cè)量

應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)壓力，如動(dòng)力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的壓力、槍管及炮管內(nèi)部的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道的壓力等。應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。

圖2-10膜片式壓力傳感器（a）結(jié)構(gòu)圖；（b