1、传感器技术及应用传感器技术及应用传感器技术及应用传感器技术及应用几种典型的模拟式传感器（四）几种典型的模拟式传感器（四）4.3 应变式传感器4.3.1 应变式变换原理4.3.2 金属应变片4.3.3 应变片的动态响应特性4.3.4 应变片的温度误差及其补偿4.3.5 电桥原理4.3.6 典型的应变式传感器n电桥的平衡n电桥的不平衡输出n电桥的非线性误差4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n电桥的平衡4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理引入引入n电桥的平衡n电桥的不平衡输出4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n电桥的平衡n电桥的不平衡输出 ( (最大灵敏度讨论最大灵敏度讨论) )利用
2、提高灵敏度的措施？提高灵敏度的措施？4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n电桥的平衡n电桥的不平衡输出n电桥的非线性误差4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理非线性误差？半导体应变片金属应变片n电桥的平衡n电桥的不平衡输出n电桥的非线性误差4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n减少电桥的非线性误差的措施双臂受感电桥u差动电桥u采用恒流源供电电桥uu差动电桥差动电桥四臂受感电桥半差动全差动4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理双臂受感电桥考虑双臂受感的常用情况考虑双臂受感的常用情况四臂受感情况四臂受感情况四臂受感电桥思考：双臂与四臂差动电桥应用情况的比较思考：双臂与四臂差动电桥应用情
3、况的比较n减少电桥的非线性误差的措施(差动)4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理四臂受感情况四臂受感情况恒流源供电电桥单臂受感情况单臂受感情况仍然有比较大的非线性误差！仍然有比较大的非线性误差！4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理n减少电桥的非线性误差的措施(恒流源)非线性误差？附：电桥转换电路中的温度温差单臂受感情况单臂受感情况评论：温度影响体现在分子、分母上评论：温度影响体现在分子、分母上单臂受感电桥4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理四臂受感电桥评论：温度影响体现在分母上评论：温度影响体现在分母上四臂受感情况四臂受感情况附：电桥转换电路中的温度温差4.3.5 4.3.5 电桥
4、原理电桥原理单臂受感情况单臂受感情况四臂受感电桥评论：四臂受感电桥大大减小了温度误差！评论：四臂受感电桥大大减小了温度误差！单臂受感电桥四臂受感情况四臂受感情况附：电桥转换电路中的温度温差4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理四臂受感电桥(恒流源)评论：四臂受感恒流源供电电桥最常用！评论：四臂受感恒流源供电电桥最常用！四臂受感情况四臂受感情况( (恒流源供电恒流源供电) )A BA B附加值：温度的测量附加值：温度的测量附：电桥转换电路中的温度温差4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理4.3 应变式传感器4.3.1 应变式变换原理4.3.2 金属应变片4.3.3 应变片的动态响应特性4.3
5、.4 应变片的温度误差及其补偿4.3.5 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应变式力传感器n应变式加速度传感器n应变式压力传感器n应变式位移传感器n应变式转矩传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器n应变式力传感器u 圆柱式力传感器u 环式测力传感器u 梁式测力传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器u圆柱式力传感器应变式力传感器(1) 敏感结构圆柱体：一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端）4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器u圆柱式力传感器 工作机理 被测集中力被测集中力圆柱体的应变电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出4.3
6、.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 特性方程4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 特性方程4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 测量误差 非线性误差4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 测量误差横向力的影响？p测量误差p不稳定工作有可能形成弯曲变形4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)承弯膜片 ？4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 改进措施u圆柱式力传感器 改进措施
7、多应变片应用方式？4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器 应用特点大力值测量灵敏度低精度稍差成本低4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1) 典型应用衡 器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(1)u圆柱式力传感器u环式测力传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(2)u环式测力传感器（续）八角环平行四边形环4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(2)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器S S 型梁式型梁式力传感器(6) 电子衡器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感
8、器S S 型梁式型梁式力传感器(6)n应变式力传感器u 圆柱式力传感器u 环式测力传感器u 梁式测力传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(3)u梁式测力传感器p基于悬臂梁p基于剪切梁p基于S型梁p双端固支梁4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式力传感器(3)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器悬臂梁式悬臂梁式力传感器(4)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器悬臂梁式悬臂梁式力传感器(4)该方案的问题该方案的问题？4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器悬臂梁式悬臂梁式力传感器(4)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器悬臂梁式悬臂梁式力传感
9、器(4) ：作用力到 根部的距离 该方案存在的问题？该方案存在的问题？ 如何设计参数？如何设计参数？ 4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器悬臂梁式悬臂梁式力传感器(4) 敏感结构悬臂梁：一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端， 通过敏感质量）n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器 工作机理 被测加速度被测加速度( (施加于悬臂梁的集中力施加于悬臂梁的集中力) )悬臂梁的应变电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器 特性方程要考虑积分的平均效果n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传
10、感器 特性方程n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器 应用特点小量值加速度测量灵敏度高精度适中成本不高应用广泛n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器 典型应用加速度计n应变式加速度传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应用特点？n应变式压力传感器u 平膜片式压力传感器u 圆柱形应变筒式压力传感器u 非粘贴式(张丝式)应变压力传感器 4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器u平膜片式压力传感器应变式压力传感器(1)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应变式压力传感器(1)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器u平膜片式压力传感器利用已有知识，给出“四臂受感”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应变式压力传感器(2)4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器应用特点？n应变式转矩传感器4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器4.3.1 应变式变换原理4.3.2 金属应变片4.3.3 应变片的动态响应特性4.3.4 应变片的温度误差及其补偿4.3.5 电桥原理4.3.6 典型的应变式传感器4.3 应变式传感器(小结)应变元件应变元件电桥原理电桥原理差动检测差动检测作 业：P153，前7题任选3题，后面的任选4题 预 习第6章 压阻式传感器传感器技术及应用传感器技术及应用课程待续课程待续
