第4章应变式传感器
一、单项选择题
1、为减小或消除非线性误差的方法可采用（）。
A. 提高供电电压
B. 提高桥臂比
C. 提高桥臂电阻值
D. 提高电压灵敏度
2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（）。
A. 不变
B. 2倍
C. 4倍
D. 6倍
3、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用( )。
A．直流平衡电桥B．直流不平衡电桥
C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥
4、通常用应变式传感器测量( )。
A. 温度B．密度
C．加速度D．电阻
5、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（）。
A．导电材料电阻率的变化B．导电材料几何尺寸的变化
C．导电材料物理性质的变化D．导电材料化学性质的变化
6、产生应变片温度误差的主要原因有（）。
A．电阻丝有温度系数B．试件与电阻丝的线膨胀系数相同C．电阻丝承受应力方向不同D．电阻丝与试件材料不同
7、电阻应变片的线路温度补偿方法有（）。
A．差动电桥补偿法B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C．补偿线圈补偿法D．恒流源温度补偿电路法
8、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（）。
A．应变片电阻变化率与试件主应力之比
B．应变片电阻与试件主应力方向的应变之比
C．应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比
D．应变片电阻变化率与试件作用力之比
9、制作应变片敏感栅的材料中，用的最多的金属材料是（）。
A．铜B．铂C．康铜D．镍铬合金
10、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）。
A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片
11、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是（）。
A．直流稳压电源B．低通滤波器
C．差动放大器D．电压表
12、关于电阻应变片，下列说法中正确的是（）
A．应变片的轴向应变小于径向应变
B．金属电阻应变片以压阻效应为主
C．半导体应变片以应变效应为主
D．金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化
13、金属丝的电阻随着它所受的机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化的现象称为
金属的（）。
A.电阻形变效应
B.电阻应变效应
C.压电效应
D.压阻效应
14、箔式应变片的箔材厚度多在（）之间。
A.0.001～0.01mm
B.0.01～0.1mm
C.0.01～0.1μm
D.0.0001～0.001μm
15、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式
敏感栅而形成应变片。这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。
A.箔式应变片
B.半导体应变片
C.沉积膜应变片
D.薄膜应变片
16、目前，薄膜应变片在实际使用中的主要问题是较难控制其电阻对（）的变化关系。
A.电流和时间
B.电压和时间
C.温度和时间
D.温度和电流
17、绝缘电阻，即敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于（）。
A.10×e+10Ω
B.10×e+12Ω
C.10×e+9Ω
D.10×e+11Ω
18、应变片的应变极限是指在温度一定时，指示应变值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，一般差值规定为( )，当指示应变值大于真实应变的该比例值时，真实应变值称为应变片的极限应变。
A.15％
B.20％
C.8％
D.10％
19、蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定的机械应变时，指示应变值随
( )的变化。
A.位移
B.压强
C.时间
D.外力作用
20、由( )和应变片．以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装置称为应变式传感
器。
A.弹性元件
B.调理电路
C.信号采集电路
D.敏感元件
21、应变片的允许工作电流参数是指（）
A 允许通过应变片而绝缘材料因受热而未损坏的最大电流
B 允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的最大电流
C 允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的最大电流
22、直流电桥平衡的条件是（）。
A 相临两臂电阻的比值相等
B 相对两臂电阻的比值相等
C相临两臂电阻的比值不相等
D 所有电阻都相等
23、直流电桥的平衡条件为（）
A．相邻桥臂阻值乘积相等B．相对桥臂阻值乘积相等C．相对桥臂阻值比值相等D．相邻桥臂阻值之和相等
二、多项选择题
1、基本工作原理是基于压阻效应的是（）。
A. 金属应变片
B. 半导体应变片
C. 压敏电阻
D. 磁敏电阻
2、全桥的各桥臂上各并联一只应变片，其灵敏度（）。
A. 增加１倍
B. 减小１倍
C. 不确定
D. 不变
3、当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（）。
A. 变大
B. 变小
C. 不变
D. 不定
4、电阻应变片有多种类型，以下属于电阻应变片的种类的是：（）
A.丝式应变片
B.箔式应变片
C.薄膜应变片
D.半导体应变片
5、电阻应变式传感器已广泛应用于（）领域。
A.航空领域
B.电力领域
C.机械领域
D.建筑领域
6、为了正确选用电阻应变片，应该对影响其工作特性的主要参数进行了解，以下是应变片的主要参数的有：（）
A.应变片电阻值
B.绝缘电阻
C.灵敏系数
D.允许电流
7、应变式压力传感器主要采用哪些弹性元件？（）
A.膜片式
B.薄板式
C.筒式
D.组合式
8、以下材料具有压电效应的有：（）
A.所有晶体
B.钛酸钡
C.锆钛酸铅
D.石英
9、电阻应变式传感器具有悠久的历史．是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器,这些参数包括（）。
A.位移
B.加速度
C.力
D.力矩
三、填空题
1、单位应变引起的称为电阻丝的灵敏度系数。
2、产生电阻应变片温度误差的主要因素有的影响和
的影响。
3、直流电桥平衡条件是。
4、直流电桥的电压灵敏度与电桥的供电电压的关系是关系。
5、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上，且补偿应变片。
6、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数
。
7、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除同时还能起到的作用。
8、电阻应变式传感器的核心元件是，其工作原理是基于。
9、应变式传感器中的测量电路是式将应变片的转换成的变化，以便方便地显示被测非电量的大小。
10、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除，同时还能
起到的作用。
11、应变式传感器是由和电阻应变片及一些附件组成的。
12、电阻应变片由、基片、覆盖层和引线等部分组成。
13、电阻应变片的工作原理就是依据应变效应建立与变形之间的量值关系而
工作的。
14、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称
效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称效应。
15、电阻应变片的温度补偿方法有：和。
16、箔式应变片系利用照相制版或__ ___的方法，将电阻箔树在绝缘其底下制成各种
图形而成的应变片。
动态扭矩传感器的高精度一直是行业技术人士所追求的目标。目前CFND动态扭矩传感器是一款相对精度高的传感器，具有安装使用方便、性能稳定可靠、量程范围大的特点，动态扭矩传感器采用电阻应变原理，其两端连接方式可根据现场需要分别选用法兰连接、四方键连接、键（通槽）连接。 一、CFND动态扭矩传感器实体图 二、CFND动态扭矩传感器尺寸图
三、CFND动态扭矩传感器原理 在扭矩的测量方面，采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。 在转速的测量方面，转速测量采用磁电码盘的方法进行测量，每一磁电码盘均有60个齿，轴带动磁电码盘每旋转一周可产生60个脉冲，转速传感器精度可达±0.1%～±0.5%（F·S)，本传感器的测速方法采用内置测速，订货时用户需注明是否监测转速信号。 四、CFND动态扭矩传感器注意事项 1.安装时，不能带电操作，切莫直接敲打、碰撞传感器。 2.联轴器的紧固螺栓应拧紧,联轴器的外面应加防护罩，避免人身伤害。 3.信号线输出不得对地,对电源短路,输出电流不大于10mA屏蔽电缆线的屏蔽层必须与+15V电源的公共端（电源地）连接。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。公司除大规模生产各种规格的高精度、高稳定性、高可靠性常规产品外,还可根据用户具体要求设计特殊的非标传感器,以满足用户的特殊要求。如果您想进一步的了解，可以直接点击官网高灵传感进行在线了解。
电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。 公式推导： 若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则: (9.1)
如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S 变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得: (9.2) 对于圆形截面有： (9.3) 为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2)，并整理得： (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
公式简化过程： 由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响： 一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成： (9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 距 用面积。应变片的规格 一般以使用面积和电 阻值表示，如 2 为 的电阻丝制成的。 高的阻值， 栅状， 在绝缘的基底上。 两端焊接引线。
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目称重传感器 1
目录 摘要 (1) 设计任务书................................ (1) 第一章德普施应变传感器 (2) 1.1工作原理 (2) 1.2 电阻应变片 (2) 第二章测量电路 (2) 2.1测量电桥 (2) 2.2运算放大器LF356 (3) 2.3 放大电路 (3) 2.3.1 一级放大电路 (4) 2.3.2 调零电路 (5) 2.3.3 可调二级放大电路 (5) 第三章误差分析 (6) 第四章个人小结 (6) 参考文献 (6)
摘要 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大的促进了现代传感器的发展。同时我们也看到，传感器在日常生活中的应用越来越广泛，可以说它已成为测试测量不可或缺的环节。因此学习、研究并在实践中不断应用传感器技术具有重大意义。 鉴于此，本次课程设计力图通过对常用传感器的设计运用使我们加深对传感器的认识和理解并逐步将课本上学习到的理论知识转换为实际生产力，以培养我们学以致用的求学质量。 称重传感器是用来将重量信号或压力信号转化为电信号的装置，称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，利用金属电阻丝在拉力作用下伸长变细，电阻增加的原理，既金属电阻随所受应变变化而变化的效应而制成的。本次课程设计中的传感器共由以下几部分组 成：应变梁、全桥电路、差动放大电路、调零电路和最后的放大标定电路。 关键词：电阻、放大器、应变片、应变式传感器。 1
位移传感器原理与分类 传感器之家中将位移传感器分为线位移跟物位移两类，这是按照位移的特征分的。位移传感器就是测量空间中距离的大小，线位移就是在一条线上移动的长度，角位移就是转动的角度。下面就线位移做下介绍，线位移按原理分主要有电阻式、电容式、电感式、变压器式、电涡流式、激光式等等。前面三种主要用来测量小位移，中位移一般则用变压器式，大的位移则用电位器式的比较多，对于精密的场合，则需要选择激光式。 电容式位移传感器是把位移的变化换作电容的变化进行制作的。对于振动频率很高的环境条件下，最适合选用这种类型的传感器。它具有灵敏度高、能实现非接触量的测量，而且可以在恶劣场合下工作。它也有一些缺点，比如对连接线缆有很高的要求，它要有屏蔽性能；而且最好选用高频电源用来供电。现在做的最好的电容式位移传感器可以测量0.001微米的位移，误差非常小。 电感式位移传感器是将测量量换作互感的变化的传感器，它既可以测量角位移也可以测量线位移。目前常用到的电感式位移传感器有气隙式，面积式，螺管式三种。变气隙型中电感的变化与传感器中活动衔铁的位移相对应。变面积型是用铁芯与衔铁之间重合面积的变化来反映位移。螺管型是衔铁插入长度的变化导致电感变化的原理。
变压器式位移传感器是用途最广的一种位移传感器，线圈中感应电动势随着位移的变化而变化。这种传感器它的灵敏度都很高，有时都不用放大器。缺点在于质量一般比较大，不应用于高频场合。 电涡流式位移传感器是基于电涡流效应，它的感应参数是阻抗的变化，尽量使阻抗是位移的函数，它还与被测物体的形状跟尺寸有关。该传感器的量程一般在0到80毫米。 电阻式位移传感器是通过测量变化的电阻值来计算位移的变化，它通常分为电位器式跟应变式。前面一种适合测量位移大、精度要求不高的场合；后面一种是利用电阻应变效应，它具有线性度跟分辨率都比较高，失真小的优点。
（三）、测量电路的选用： 电桥电路是一种能够实现将电阻、电感、电容等参量的变化转变为电压输出的一种信号变换电路。具有结构简单、精确度和灵敏度高的优点，在测试中应用非常广泛。电桥按供电方式分为直流电桥和交流电桥。在这次设计中采用的测量电路是直流电桥。而电桥工作状态可分为：不平衡电桥和平衡电桥，不平衡电桥在连续量的自动检测中大量采用，平衡电桥又称为零位法测量，一般用于静态测量，准确性较高。在此次传感器设计中使用了平衡电桥。 二、基本原理： 扭矩的测量：采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。如图1所示： 一、设计题目要求与分析 1、设计题目：设计测扭矩的传感器。 使用条件：转矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上，所以振动大，灰尘、油雾、水污比较多，故要求传感器封装在一起，只留下两个轴端在外面；工作温度在-20~150C0。 二扭矩测量及应变片的基本原理 1、应变片式传感器的原理及结构 应变计的转换原理基于应变效应。所谓应变效应是指 属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。由物理 学可知，金属丝酌电阻值R与其长度L和电阻率ρ成正比，
与其截面积A成正比比，其公式表示为: R=ρL/A 从而当金属丝受力变形改变其长度与横截面积而改变电阻值，而引起电压值变化。 电阻应变计简称应变计，它主要由电阻敏感栅、基底和面胶(或覆盖层)、粘结剂、引出线五部分组成。基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质，并起到敏感棚和弹性体之间的绝缘作用，面胶起着保护敏感栅的作用，粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起，引出线是作为联接测量导线之用。电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化。应变计的结构如下：
第三章 常用传感器 一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。 二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201 δ εεδA d dC S -== ，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。
位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 简介 电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。 信号处理 辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之
法兰式扭矩传感器ZJ-A型
产品特点: 1.信号输出可任意选择波形一方波或脉冲波。 2.检测精度高、稳定性好、抗干扰性强。 3.不需反复调零即可连续测量正反扭矩。 4.即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩。 5.体积小、重量轻、易于安装。传感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供 ±15VDC(200mA)的电源，即可输出阻抗与扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。 6.测量范围：0-500000Nm标准可选，特殊量程定制。 应用范围： 1.电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测； 2.风机、水泵、齿轮箱、扭力扳手的扭矩及功率的检测； 3.铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船泊、矿山机械中的扭矩及功率的检测； 4.可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测； 5.可用于制造粘度计； 6.可用于过程工业和流程工业中； 基本原理： 转矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得 该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频 率信号。 工作过程： 将专用的扭矩应变片用应变胶粘帖在被测弹性轴上并组成应变桥，向应变桥提供电源即可 测得该弹性轴受扭的电信号。将扭矩传感器应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应 变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环形变压器承 担的，因此实现了无接触的能源及信号传递功能。 向传感器提供±15VDC电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过功率放大 器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次 级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放 大器的工作电源；由基准电源与双运放组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源及作为电桥电源，有座位放大器即V/F转换器的工作电源。 当弹性轴受扭时应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器放大成1.5v±1v的强 信号，再通过V/F转换器变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传
第二讲 电阻应变式传感器 教学目的要求：1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2.熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用； 3.掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用 教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时：共4学时（其中作业习题讲解1学时） 教学内容： 本讲内容介绍： 电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一，本节着重介绍作为应变式传感器核心元件的电阻应变片的工作原理、种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求： 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是应变效应――机械变形时，应变片电阻变化。 电阻丝的电阻： S L R ρ =， 求R 的全微分得： ρρ?+?-?=?S S L L R R
式中L L ?是长度相对变化，即应变ε。 金属丝的变形有： L L r r S S ?-=?=?μ22 式中μ：泊松比，对于钢285.0=μ 故应变效应数学表达式： ρρ εμ?++=?)21(R R 灵敏度系数： ε ρ ρ με?+ +=?= 21R R k 因此应变的应变效应原理： x εK R R =? 式中K ──电阻应变片的灵敏系数 二、 电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求： 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1.电阻应变片的结构和分类 结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分：丝式、箔式 3.应变片的横向效应 应变片的灵敏系数K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数K s ，其原因是由于横向效应的影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后，在圆弧的各微段上，其轴向感受的应变在+εx 和εy =μ-εx 之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的同样长度电阻丝电阻变化的现象。
第三章 3-8 有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm 。在圆柱轴向和周向各贴两片应变片（灵敏度系数s=2.），组成差动全桥电路，供桥电压为10v 。设材料弹性模量E=2.1?1011pa ，泊松比υ=0.3。试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用μv/kN 表示）。 解：设受压缩 F,轴向贴的应变片 R S R R ξ=?=?31 横向贴的应变片：SR R R μξ=?=?43 设原电阻 4321R R R R === ，则受力F 后： 11R R R ?-= , 33R R R ?-=, 22R R R ?-= , 44R R R ?-= 电桥输出电压变化： x U R R R R R R R R U ) )((43214231+-= ? x x x U R R R U R R R R R U R R R R R R 22)(2 121212 212 1?+?- ≈?+?-?+?- =?++?-?+?- = x U S U U 2 )1(ξ +- =?∴ E r F E r F A F 2 2 πσξπσ?= ?= ?= ?= ?∴ 代入上式 x U E r F S U U 2 2 )1(π?+- =?∴ 测力传感器灵敏度 E r SU U F U K x 2 2)1(π+= ??= ) (101.2)(02.0) (102 2 )3.01(11 22Pa m V ???? ?+= π 又因为： 218.91002.11m N Pa ??=- 所以： ) (8.910 2.110 1.20 2.0) (103.11 11 2N V K ??????? =-π N V 10102.32103.1-???=
基于电阻应变式扭矩传感器与MSP430的扭 矩测量系统设计
2.应变式扭矩传感器 2.1 金属应变计工作原理 电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应[4]。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。 例如，一段金属丝的电阻R 与丝的长度L ，横截面A 有如下关系： L R A ρ = （2-1） 若金属丝受到拉力F 作用伸长，伸长量设为l ?，横截面积相应减少A ?，电阻率的变 化设为ρ?，则电阻的相对变化量为： R l A R l A ρρ????=-+ （2-2） 又因为对金属丝来说2 22,2, 2A r r r A r A rdr A r r ππππ???=?===于是有： 2R l r R l r ρ ρ????=-+ （2-3） 由材料力学知，弹性限度内材料的泊松系数为//r r l l μ?=-?，则有 0(12)R l l K R l l ρμρ????=++= （2-4） 式中0/12/K l l ρρ μ?=++ ?为金属丝的灵敏度系数，它越大表明单位应变引起的电阻相对变化越大。若令l l ε?=为金属丝的轴向相对应变，则 (12)R R ρρμεε ??=++ （2-5） 从上式可知，灵敏度系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸的 变化，即12μ+；另一个是受力后材料晶格畸变引起电阻率发生的变化及 ρ ρε ?。对金属材料电阻丝来说，灵敏度系数表达式中12μ+的值要比 ρ ρ ε ?大得多。因此
在相当的范围内，电阻的相对变化与金属丝的纵向应变ε成正比，也及金属丝有着不错的线性度。 2.2 扭矩测量原理 弹性体是扭矩传感器的关键部件，它直接与被测对象接触（例如电机转轴）并引起应变片产生形变。 弹性轴在受到扭转时发生形变（如图），轴上会有应力和应变产生。其横截面会受到一个剪应力，该剪应力按照直线规律变化，在轴的中心处为零，轴的表面达到最大[4]。 (1)弹性轴横截面剪应力 （2）弹性走表面法向张力 图2.1 弹性轴横截面与表面手里分析 现在从弹性轴的径向表面上取一个单元进行研究，如图，在其与杆轴成45度与135度的斜面上，受到法向应力，此法向应力为主应力，其数值等于横截面上的剪应力τ[4]。图中，此应力在一个方向上受拉伸，另一个方向上受压缩。
电阻应变片式传感器 应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。 （1）精度高，测量范围广。对测力传感器而言，量程从零点几N 至几百kN ，精度可达0.05%F S ?（F S ?表示满量程）；对测压传感器，量程从几十Pa 至11 10Pa ，精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με（微应变）至数千με（1με相当于长度为1m 的试件，其变形为1m μ时的相对变形量，即6 1110μεε-=?）。 （2）频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -，半导体应变式传感器可达1110 s -，若能在弹 性元件设计上采取措施，则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。 （3）结构简单，尺寸小，质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。 （4）可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。 （5）易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展，目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。 （6）价格低廉，品种多样，便于选择。 但是应变式传感器也存在一定缺点：在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；应变式传感器输出信号微弱，故它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。 尽管应变式传感器存在上述缺点，但可采取一定补偿措施，因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。 一、电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻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。其中半导体材料在受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。 导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸
第二讲电阻应变式传感器 教学目的要求： 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用 教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时：共4学时（其中作业习题讲解 1学时） 教学内容： 本讲内容介绍： 电阻应变式传感器具有悠久的历史， 是应用最广泛的传感器之一， 本节着重介绍作为应 变式传感器核心元件的电 阻应变片的工作原理、 种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补 偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求： 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是 应变效应一一机械变形时，应变片电阻变化 图2-6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻: ： -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I
式中L 是长度相对变化，即应变 ■:。 金属丝的变形有： S 2：r^ [L 2^- S r L 式中"：泊松比，对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式： =（1 2」）； 灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ；x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数 二、电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求： 1） 一般了解应变片的结构和分类。 2） 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类 结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片 的核心部分，它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电 阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分：丝式、箔式 3. 应变片的横向效应 应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的 影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后， 在圆弧的各微段上，其轴向感受的 应变在+ ；x 和；y =-「；x 之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的 同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R
采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。 扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。 由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。及由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方法：将扭矩应变信号在旋转轴上放大并进行v/f转换成频率信号，通过载波调制用无线电发射的方法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接收的方法，就可以得到旋转轴受扭的信号。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/c94831861.html,/
工作原理： 传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。下面为扭矩测量的主要工作原理框图，由于采用了能源与信号的无接触传输，完美的解决了旋转状态下的扭矩测量。 电源 当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出对应的转速。 技术指标： 1.测量范围：0.5N·m--5万N·m（分若干档） 2.非线性度：±0.1%--±0.3%（Ｆ·Ｓ） 3.重复性：±0.1%--±0.2%（Ｆ·Ｓ） 4.精度：±0.2%--±0.5%（Ｆ·Ｓ） 5.环境温度：-40℃--70℃ 6.过载能力：150% 7.频率响应：100 μs 8.输出信号: 频率方波 (标准产品)，也可以为4-20毫安电流或电压信号 零扭矩: 10 KHz 正向满量程: 15 KHz 反向满量程: 5 KHz 9.输出电平：5V （可以根据客户的要求作出调整),负载电流<10mA 10.信号插座： (1)0. (2)+12V. (3)-12V. (4)转速. (5)扭矩信号. 11．绝缘电阻：大于200MΩ 12．相对湿度：≤90%RH 量程选择： 转矩转速传感器的量程选择应以实际测量的最大转矩来确定，通常情况下应留有一定余量，防止出现过载以至于损坏传感器。 计算公式：M=9550*P/N 1
M：转矩单位（牛.米）P：电机功率单位（千瓦）N：转速单位（转/分钟） 如您使用的电机为三相感应电机，转矩量程应选择为额定扭矩的2-3倍，这是由于电动机的启动转矩较大的缘故。 型号选择 C系列转速转矩传感器 代号类型 4 常规动态测试 5 静态（适用于非旋转场合） 6 小量程（10牛米以下） 4A 为4型换代产品 6A 为6型换代产品 7 可以同时测量轴向力 量程测量范围（NM） 0.5 0—0.5 1 0—1 2 0—2 5 0—5 10 1—10 20 2—20 50 5—50 100 10—100 200 20—200 300 30—300 500 50—500 700 70—700 1000 100—1000 2000 200—2000 5000 500—5000 10000 1000—10000 20000 2000—20000 50000 5000—50000 代号输出形式 1 频率输出 2 4-20mA 3 电压输出 代号精度等级 A 0.2 B 0.5 2
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。 位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地
板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；
扭矩传感器 1.概述 扭矩又叫转矩，是反映转动设备输出力的大小的重要参数。扭矩在物理学中用下面的公式计算。 其中：P表示转动设备的输出功率，单位千瓦（k W）；M表示转动设备的输出扭矩，单位牛米（N·m）；N表示转动设备的转速，单位转/分钟（r/min）。从公式可以看出，扭矩是一个与功率和转速相关的物理量，它反映了转动设备输出功率和转速的比值关系。如果知道了转动设备的输出功率和转动速度，就可以利用公式计算出转动设备的扭矩。但实际生产中，功率的测量是不容易的，而扭矩可以利用较简单的装置把扭矩转化为力和磁的测量，对于力和磁这两个物理量的检测，我们有许多成熟工具，这样扭矩的测量就变得相对简单了。 2.常见的扭矩传感器分类 常见的扭矩传感器包括电阻应变式、磁电相位差式、光电式、磁弹性式、振 3.几种常见的扭矩传感器原理 （1）电磁齿栅式转矩传感器
电磁齿（栅）式转矩传感器的基本原理是通过磁电转换，把被测转矩转换成具有相位差的两路电信号，而这两路电信号的相位差的变化量与被测转矩的大小成正比。经定标并显示，即可得到转矩值。齿（栅）式传感器的工作原理如图1所示。 图 1电磁式转矩传感器原理图 电磁式转矩传感器在弹性轴两端安装有两只齿轮，在齿轮上方分别有两条磁钢，磁钢上各绕有一组信号线圈。当弹性轴转动时，由于磁钢与齿轮间气隙磁导的变化，信号线圈中分别感应出两个电势。再外加转矩为零时，这两个电势有一个恒定的初始相位差，这个初始相位差只与两只齿轮在轴上安装的相对位置有关。在外加转矩时，弹性轴产生扭转变形，在弹性变形范围内，其扭角与外加转矩成正比。在扭角变化的同时，两个电势的相位差发生相应的变化，这一相位差变化的绝对值与外加转矩的大小成正比。由于这一个电势的频率与转速及齿数的乘积成正比，因为齿数为固定值，所以这个电势的频率与转速成正比。在时间域内，感应信号S1，S2是准正弦信号，每一交变周期的时间历程随转速而变化，测出他们之间的相差Φ即可得到扭矩值。由材料力学可知： Φ 式中Φ——弹性轴的扭转角； ——转矩； ——弹性轴材料的剪切弹性模量； ——弹性轴直径； ——弹性轴工作长度。 其中，、、都是常数，令 则有 Φ 因此，扭矩的测量就转换成相位差的测量。而S1、S2是准正弦信号，其相位的测量需要用高频脉冲插补法，即用一组高频脉冲来内插进被测信号，然后对高频脉冲计数。
第二章习题
第三章 电阻应变式传感器 1.什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应和压阻效应解释金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理。 2.试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿方法。 3.什么是直流电桥？若按不同的桥臂工作方式，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4.拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问： （1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ （2）画出相应的电桥电路图。 5.下图为一直流应变电桥，图中E=4V ，Ω====1204321R R R R ，试求： ① R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为Ω=?2.11R 时，电桥输出电压U 0=？ ② R 1 、R 2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=？ ③ 题②中，如果R 2与R 1感受应变的极性相反，且Ω=?=?2.121R R ，电桥输出电压U 0=？ 6.等强度梁测力系统，R 1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05，未受应变时， Ω=1201R 。当试件受力F 时，应变片承受平均应变m m /800με=，试求：
①应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。 ②将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥 电源电源为直流3V ，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 ③若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。 7．如果试件材质为合金钢，线膨胀系数C g ??=-/10116β，电阻应变片敏感栅材质为康铜，其电阻温度系数C ??=-/10156α，线膨胀系数C g ??=-/109.146β，灵敏度K=2.05。当传感器的环境温度从10℃变化到50℃时，所引起的附加电阻相对变化量（R R /?）t 为多少？折合成附加应变t ε为多少？ 8．一个量程为10KN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为20mm ，内径为18mm ，在其表面粘贴八个应变片，四个沿轴向粘贴，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为Ω120，灵敏度为2，泊松比为0.3，材料弹性模量Pa E 11101.2?=。要求： ①绘出弹性元件贴片位置及全桥电路； ②计算传感器在满量程时，各应变片的电阻； ③当桥路的供电电压为10V ，计算电桥负载开路时的输出电压。 9. 将一个阻值为Ω120的康铜丝应变片粘贴在10#优质碳素钢杆表面，轴向受力，该试件的直径为10mm ，碳素钢的弹性模量Pa E 910200?=，由应变片组成一个单臂应变电桥，设应变片允许通过的最大电流为30mA ，求当碳素钢杆受到100N 的力时电桥最大可能的输出开路电压。
对位移传感器的认识 桥梁试验是指应用测试手段，对桥梁结构的整体或主要部件进行检测,了解桥梁结构及其部件的工作状态和承载能力,以验证桥梁结构的设计计算理论，检验施工质量和发现运用中存在的问题等。 桥梁试验用的设备可分为机械式测试仪器，电测仪器和光测仪器三大类。桥梁常使用的机械式测试仪器，主要有应变计、位移计和振动仪等三大类。电测仪器一般由传感器、电子测量仪器（主机）和指示记录装置组成。 一，概述 传感器。根据其测试内容的不同，可分为应变传感器、反力传感器、位移传感器、振动传感器等。根据其转换的原理不同，可分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器等。其中电阻应变片是在桥梁电测中应用最广泛的一种传感器，它是利用一些金属丝的电阻随其在长度方向的应变，在一定范围内保持线性关系的原理制成的。为了增大电阻的变化量和减少应变片的长度，通常采用高电阻率的电阻丝绕制成栅状，做成应变片。测试时，把它牢固地粘贴在测点上，当测点处的基材发生应变时，电阻应变片随之发生应变，其电阻值也作相应的改变，这就达到了非电量向电量的转换。电阻应变片不但可以测量应变，而且在加上一些附件之后，可以对位移和振动等进行测量。 位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 二，各种传感器的特点 电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量，对被测物体材质没有任何要求，主要影响为环境光强和被测面是否平整。比如公路测量用到真尚有的激光位移传感器，就对传感器进行了特殊配置，与普通情况不一样。 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 三，辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之分，因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向，需要有π/2相位差的两个莫尔条纹信号。如图2，在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件，得到两个相位差π/2的电信号u01和u02，经过整形后得到两个方