1、1,第2章 应变式传感器,2.1 工作原理 2.2 应变片的种类、 材料及粘贴 2.3 电阻应变片的特性 2.4 电阻应变片的测量电路 2.5 应变式传感器的应用,2,实验：取一根细电阻丝，两端接上一台3 1/2位数字式欧姆表（分辨率为1/2000），记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（图中增加到为10.05）。,3,2.1 工作原理,一、电阻应变效应： 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现象（1856年W. Thomson 发现） 如图2 - 1所示，一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为,（2-1）,4
2、,式中： 电阻丝的电阻率； l电阻丝的长度； S电阻丝的截面积。,图2-1 金属电阻丝应变效应,5,当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长l，横截面积相应减小S，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了d，从而引起电阻值相对变化量为,（2-2）,6,dS/S圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dS=2r dr，则,（2-4）,式中：dl/l长度相对变化量，用应变表示为,（2-3）,7,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， 令dl/l=为金属电阻丝的轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为：,（2-5）,式中, 为电阻丝材料的泊松比
3、， 负号表示应变方向相反。,8,将式（2-4）和（2-5）代入式（2-2），整理后得到,或,（2-7）,（2-6）,9,通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为,（2-8）,二、金属电阻丝的灵敏系数K0,10,灵敏系数K0受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2；另一个是应变片受力后材料的电阻率的变化， 即（d/）。,11,对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2的值要比(d/)/大得多，它是由材料的几何尺寸变化引起的。这就是通常讲的电阻应变效应。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与
4、应变成正比，K0为常数，约为2。,12,三、压阻效应,对于半导体材料，(d/)/项的值比1+2大得多， K0值主要由半导体材料的电阻率变化所决定。半导体应变片是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率发生变化而引起电阻变化的现象。,13,当半导体应变片受轴向力作用时， 其电阻相对变化为,（2-9）,式中d/为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为,（2-10）,14,式中：半导体材料的压阻系数; 半导体材料的所受应变力; E半导体材料的弹性模量; 半导体材料的应变。 将式（2-10）代入式（2-9）中得,
5、（2-11）,15,（2-12）,半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50100倍。,实验表明，E比1+2大很多，所以1+2可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为：,16,四、应变转换过程,以测力F为例 计算公式F =S ， K=R/R 转换过程F=F/S=/ER(l or)U 标定过程 U R F,=E,（2-13）,17,2.2 应变片的种类、材料及粘贴,2.2.1 应变片（转换元件）的结构与种类,图2-2 金属电阻应变片的结构,18,结构,敏感栅：应变片的核心部分 绝缘基片：将被测体的应变准确地传递到 敏感栅上，材料胶膜、纸、玻璃纤维布等 覆盖层：起保护作用 引线：转换和测量电阻,19,类
6、型：以敏感栅分类,丝式制作方法：丝式金属电阻应变片的敏感栅由直径0.010.05mm的电阻丝平行排列而成栅形式：回线式和短接式典型阻值：60，120，350， 思考：为什么要短接？,20,箔式制作方法：利用光刻、腐蚀等工艺将厚度一般为0.0030.01mm电阻箔材，制成的一种很薄的金属箔栅优点：表面积和截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状，便于批量生产,21,薄膜式制作方法：用真空气相沉积、真空溅射等技术在绝缘基片上形成厚度在0.1m以下的薄膜敏感栅特点：阻值高，电阻精度高，散热好，蠕变小，漂移小等,22,厚膜式制作方法：用丝网印刷技术，通过高温烧结，将敏感功能材
7、料（厚度在m量级）烧结在陶瓷基片上特点：灵敏系数高（可达丝式的10倍），电阻大（可达几兆欧），机械蠕变和滞后小，热稳定性好（温度系数可小于10-4/）,23,图2-3 常用应变片的形式,24,2.2.2 金属电阻应变片的材料 对电阻丝材料应有如下要求： 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数； 值大； 电阻温度系数小； 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。,25,康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定
8、，当采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在5010-6/的范围内；康铜的加工性能好，易于焊接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。,26,表2-1 常用金属电阻丝材料的性能,27,2.2.3 金属电阻应变片的粘贴 粘贴目的和要求：应变片应牢固粘贴到被测件上；粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件应变传递到敏感栅上。,28,粘结剂 性能要求：粘接力强，粘结后机械性能可靠，而且粘合层要有足够大的剪切弹性模量， 良好的电绝缘性，蠕变和滞后小，耐湿，耐油，耐老化，动态应力测量时耐疲劳等。 常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。,29,粘贴工艺包括被测件
9、粘贴表面处理、贴片位置确定、涂底胶、 贴片、干燥固化、引线的焊接固定以及防护与屏蔽等。质量检查（电阻测量、绝缘性能等）,30,2.3 电阻应变片的特性,2.3.1 弹性敏感元件及其基本特性 弹性变形:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形， 而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。,31,弹性元件(敏感元件）在应变片测量技术中占有极其重要的地位。它把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，然后传递给粘贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压力转换成相应的电阻值。 弹性元件的基本特性有：,32,1. 刚度刚度是弹性元件受外力作用下变
10、形大小的量度，其定义是弹性元件单位变形下所需要的力，用C表示，其数学表达式为,(2-14),式中: F作用在弹性元件上的外力，单位为牛顿（N）； x弹性元件所产生的变形，单位为毫米（mm）。,33,刚度可以从弹性特性曲线上求得。图2-4中弹性特性曲线1上A点的刚度，可通过A点作曲线1的切线，该切线与水平夹角的正切就代表该弹性元件在A点处的刚度，即tan=dF/dx。若弹性元件的特性是线性的，则其刚度是一个常数，即tan=F/x=常数，如图2 - 4中的直线2所示。,34,图2- 4 弹性特性曲线,35,2. 灵敏度通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用S表示，其表达
11、式为,从式（2-15）可以看出，灵敏度就是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。,(2-15),36,通常使用的弹性元件的材料为合金钢（40Cr， 35CrMnSiA等）、铍青铜（Qbe2，QBr2.5等）、 不锈钢（1Cr18Ni9Ti等）。 传感器中弹性元件的输入量是力或压力， 输出量是应变或位移。在力的变换中，弹性敏感元件通常有实心或空心圆柱体、 等截面圆环、等截面或等强度悬臂梁等；压力变换的弹性敏感元件有弹簧管、膜片、膜盒、薄壁圆桶等。,37,2.3.2 （应变片）灵敏系数 K当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递给应
12、变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化R/R。理论和实验表明，在一定应变范围内R/R与t 的关系满足下式：,式中， t 为应变片的轴向应变。,（2-16）,38,定义K=(R/R)/t为应变片的灵敏系数。它表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时，引起的电阻相对变化(R/R)与其单向应力引起的试件表面轴向应变(t)之比。,39,必须指出：应变片的灵敏系数K并不等于其敏感栅整长应变丝的灵敏系数K0。一般情况下，KK0, 这是因为，在单向应力产生应变时，K除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘结剂和基底性能的影响外，还受到栅端圆弧部分横向效应的影响。,40,应变片的灵敏系数K 值通常采用从批量生产
13、中每 批抽样，在规定条件下，通过实测来确定。应变片的灵敏系数称为标称灵敏系数。规定条件的是： 试件材料取泊松比0=0.285的钢材； 试件单向受力； 应变片轴向与主应力方向一致。,41,2.3.3 横向效应 当将图2-5所示的应变片粘贴在被测试件上时，由于其敏感栅是由n条长度为l1的直线段和直线段端部的n-1个半径为r的半圆圆弧或直线组成，若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变x时， 则各直线段的电阻将增加，但在半圆弧段则受到从+x到-x之间变化的应变，其电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电阻的变化。,42,综上所述，将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但由于应变片敏
14、感栅的电阻变化减小，因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。 为了减小横向效应产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。,43,图2-5 应变片轴向受力及横向效应 （a） 应变片及轴向受力图； （b） 应变片的横向效应图,44,2.3.4 绝缘电阻和最大工作电流 应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。通常要求Rm在50100 M以上。绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，使应变片的指示应变产生误差。,45,最大工作电流是指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流Imax。 工作电流大，输出信号也大，灵敏度就高。 工作
15、电流过大会使应变片过热，灵敏系数产生变化，零漂及蠕变增加，甚至烧毁应变片。 通常静态测量时取25mA左右， 动态测量时可取75100mA。,46,2.3.5 应变片的动态响应特性 电阻应变片在测量频率较高的动态应变时，应变是以应变波的形式在材料中传播的，它的传播速度与声波相同，对于钢材v5000 m/s。应变波由试件材料表面，经粘合层、基片传播到敏感栅，所需的时间是非常短暂的，如应变波在粘合层和基片中的传播速度为1000m/s，粘合层和基片的总厚度为0.05mm, 则所需时间约为510-8 s, 因此可以忽略不计。,47,由于应变片的敏感栅相对较长，当应变波在纵栅长度方向上传播时，只有在应变波
16、通过敏感栅全部长度后，应变片所反映的波形经过一定时间的延迟，才能达到最大值。图2-6所示为应变片对阶跃应变的响应特性。,48,图2-6 应变片对阶跃应变的响应特性 (a) 应变波为阶跃波； (b) 理论响应特性； (c) 实际响应特性,49,由图可以看出上升时间tk（应变输出从10%上升到90%的最大值所需时间）可表示为,式中： l0应变片基长； v应变波速。 若取l0=20mm， v=5000 m/s，则 tk=2.210-6 s。,(2-17),50,当测量按正弦规律变化的应变波时，由于应变片反映出来的应变波是应变片纵栅长度内所感受应变量的平均值，因此应变片所反映的波幅将低于真实应变波，从
17、而带来一定的测量误差。 显然这种误差将随应变片基长的增加而加大。,51,图2-7表示应变片正处于应变波达到最大幅值时的瞬时情况， 此时,52,图2-7 应变片对正弦应变波的响应特性,53,应变片长度为l0，测得基长l0内的平均应变p 达到最大值，其值为,(2-18),54,因而应变波幅测量的相对误差e为,由上式可以看出，测量误差e与比值n=/l0有关。n值愈大，误差e愈小。一般可取n=1020, 其误差小于1.6%0.4%。,55,2.3.6 应变片的温度误差及补偿 1. 应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差， 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有
18、下述两个方面。 1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：,Rt=R0(1+0t),(2-20),56,式中: Rt温度为t时的电阻值； R0温度为t0时的电阻值； 0温度为t0时金属丝的电阻温度系数； t温度变化值，t=t-t0。 当温度变化t时，电阻丝电阻的变化值为： R=Rt-R0=R00t,（2-21）,57,2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时，不论环境温度如何变化，电阻丝的变形仍和自由状态一样，不会产生附加变形。 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加
19、电阻变化。设电阻丝和试件在温度为0时的长度均为l0, 它们的线膨胀系数分别为s和g，若两者不粘贴，则它们的长度分别为,ls=l0(1+st) lg=l0(1+gt),（2-22）,（2-23）,58,当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形l、附加应变和附加电阻变化R分别为,59,由式（2-21）和式（2-26），可得由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为,（2-27）,由式（2-27）和式（2-28）可知， 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0, 0, s）以及被测试件线膨胀系数g有关。,60,2. 电阻应变片的温度补偿方法电
20、阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 1) 线路补偿法 电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。图2-8(a)是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为：,Uo=A(R1R4-RBR3),（2-29）,61,式中, A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知， 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压Uo的作用方向相反。 利用这一基本关系可实现对温度的补偿。测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变, 如图2-8(b)所示。当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环
21、境温度为t的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有,（2-30）,工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电阻。,62,图2-8 电桥补偿法,63,当温度升高或降低t=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即,(2-31),若此时被测试件有应变的作用，则工作应变片电阻R1又有新的增量R1=R1K，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量， 此时电桥输出电压为,(2-32),由上式可知，电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变有关， 而与环境温度无关。,64,应当指出，若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足以下4个条件： 在应变片工作过程中，保
22、证R3=R4。 R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。 两应变片应处于同一温度场。,65,2) 应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。根据温度自补偿应变片的工作原理， 可由式（2-27）得出，要实现温度自补偿，必须有,（2-33）,上式表明，当被测试件的线膨胀系数g已知时，如果合理选择敏感栅材料， 即其电阻温度系数0、灵敏系数K0以及线膨胀系数s，满足式（2-33），则不论温度如何变化，均有Rt/R
23、0=0，从而达到温度自补偿的目的。,66,2.4 电阻应变片的测量电路,2.4.1 直流电桥 1. 直流电桥平衡条件电桥电路如图2-9所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。 当RL时，电桥输出电压为,（2-34）,67,当电桥平衡时，Uo=0，则有,R1R4=R2R3,或,（2-35）,式（2-35）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应相等。,68,图2-9 直流电桥,69,2. 电压灵敏度 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进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗
24、高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。当受应变时，若应变片电阻变化为R，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo0，则电桥不平衡，输出电压为,70,（2-36）,71,设桥臂比n=R2/R1，由于R1R1，分母中R1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则式（2-36）可写为,(2-37),电桥电压灵敏度定义为,(2-38),72,从式（2-38）分析发现： 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； 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。
25、 当E值确定后，n取何值时才能使KU最高。,73,由dKU/dn = 0求KU的最大值，得,（2-39）,求得n=1时，KU为最大值。这就是说，在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有,（2-40）,（2-41）,从上述可知，当电源电压E和电阻相对变化量R1/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。,74,3. 非线性误差及其补偿方法式（2-37）是略去分母中的R1/R1项，电桥输出电压与电阻相对变化成正比的理想情况下得到的，实际情况则应按下式计算， 即,（2-42）,与R1/R1的关系是非线性的，非线性误差为,（2-43）,
26、75,如果是四等臂电桥，R1=R2=R3=R4，即n=1， 则,（2-44）,对于一般应变片来说，所受应变通常在5000以下，若取KU=2，则R1/R1=KU=0.01，代入式（2-44）计算得非线性误差为0.5%；若KU=130，=1000时，R1/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。,76,为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图2-10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， 如图2-10(a) 所示。 该电桥输出电压为,（2-45）,若R1=R2，R1=R2，R3=R
27、4，则得,（2-46）,由式（2-46）可知，Uo与R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。,77,若将电桥四臂接入四片应变片，如图2-10（b）所示，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，则,此时全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍，同时仍具有温度补偿作用。,78,图2-10 差动电桥,79,2.4.2 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
28、器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。 图2-11为半桥差动交流电桥的一般形式， 为交流电压源， 由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性，即相当于两只应变片各并联了一个电容，则每一桥臂上复阻抗分别为,80,(2-49),式中, C1、C2表示应变片引线分布电容。,81,图2-11 交流电桥,82,由交流电路分析可得,（2-50）,要满足电桥平衡条件，即Uo=0，则有,Z1Z4=Z2Z3,（2-51）,取Z1=Z2=Z3=Z4，将式（2-49）代入式（2-51），可得,（2-52）,83,整理式（2-52）得,（2-53）,其实部、虚部分别相等，并整理可得交流电
29、桥的平衡条件为,（2-54）,及,84,图2-12 交流电桥平衡调节,85,当被测应力变化引起Z1=Z10+Z, Z2=Z20-Z变化时（且Z10=Z20=Z0），则电桥输出为,（2-55）,86,2.5 应变式传感器的应用,2.5.1 应变式力传感器被测物理量为荷重或力的应变式传感器时，统称为应变式力传感器。其主要用途是作为各种电子称与材料试验机的测力元件、 发动机的推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。 应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性，当传感器在受到侧向作用力或力的作用点少量变化时，不应对输出有明显的影响。,87,1. 柱（筒）式力传感器图2-13（a）、（b）分别为柱式、筒式力传
30、感器，应变片粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片， 电桥连线时考虑尽量减小载荷偏心和弯矩影响，贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接如图 2-13（c）、（d）所示， R1和R3串接，R2和R4串接，并置于桥路对臂上，以减小弯矩影响， 横向贴片R5和R7串接，R6和R8串接，作温度补偿用，接于另两个桥臂上。,88,图2-13 圆柱（筒）式力传感器 （a） 柱式；（b） 筒式；（c） 圆柱面展开图；（d） 桥路连线图,89,悬臂梁应变式电子秤的工作原理示意图,90,2. 环式力传感器 如图2-14(a)所示为环式力传感器结构图。 与柱式相比，应力分布变化较大，且有正有负。,
31、图2-14 环式力传感器 (a) 环式传感器结构图； (b) 应力分布,91,92,2.5.2 应变式压力传感器 应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力, 如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道的压力等。 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。 图2-15为膜片式压力传感器，应变片贴在膜片内壁，在压力p作用下，膜片产生径向应力 和切向应力 ，表达式分别为,（2-58）,（2-59）,93,式中： p 膜片上均匀分布的压力； R , h 膜片的半径和厚度； x 离圆心的径向距离。 由应力分布图可知， 膜片弹性元件承受压力
32、p时，其应变变化曲线的特点为：当x=0时，rmax=tmax；当x/R=0.635时， r =0；当x=R时，t=0， r= -2rmax。,94,图2-15 膜片式压力传感器 （a） 应变变化图; （b） 应变片粘贴,根据以上特点，一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片，然后接成全桥测量电路。,95,图2-16是筒式压力传感器，一般用于测量较大压力，例如机床液压系统的压力（106107Pa),或枪炮膛内的压力（108Pa）。图中R2作温度补偿用。图2-16 筒式压力传感器,96,2.5.3 应变式容器内液体重量传感器 图2-17 是插入式测量
33、容器内液体重量的传感器示意图。 该传感器有一根传压杆，上端安装微压传感器，为了提高灵敏度， 共安装了两只。下端安装感压膜，感压膜感受上面液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为,Uo=U1-U2=(K1-K2)hg,（2-60）,式中, K1，K2为传感器传输系数。,97,由于hg表征着感压膜上面液体的重量，对于等截面的柱式容器， 有,（2-61）,式中: Q容器内感压膜上面溶液的重量； A柱形容器的截面积。,98,图2-17 应变片容器内液体重量传感器,99,将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量与电桥输
34、出电压之间的关系式为,（2-62）,上式表明，电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此用此种方法可以测量容器内储存的溶液重量。,100,2.5.4 应变式加速度传感器 应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比， 与物体的质量成反比，即a=F/m。 图2-18是应变片式加速度传感器的结构示意图， 图中1是等强度梁，自由端安装质量块2，另一端固定在壳体3上。等强度梁上粘贴四个电阻应变敏感元件4 。为了调节振动系统阻尼系数， 在壳体内充满硅油。,101,图2-18 电阻应变式加速度传感器结构图,102,测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。 应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为1060 Hz范围。,103,电阻应变式测力、压力称重传感器系列,
