传感器技术及应用试题（四）

?1．说明电阻应变片的组成、规格及分类；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；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；?2．什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应；答：在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，；应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K为常数；转换成与之成正比关系的电阻相对变化

? 1．说明电阻应变片的组成、规格及分类。 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。 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

? 2．什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理。

答：在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。其表达式为dR?K??，式中K为材料的应变灵敏系数，当R

应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量dR与金属材料的轴向应变?成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变?R 转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。 ? 3．电阻丝的应变灵敏系数Ks与应变片的灵敏系数K有何异同？

? 4．什么叫横向效应？应变片敏感栅的结构形式与横向效应有何关系？

答：横向效应，是指将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但由于应变片敏感栅的电阻变化较小，因而其灵敏系数k较电阻丝的灵敏系数k0小的现象。 ? 5．试述应变片温度误差的原因和补偿方法。 答：由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。

产生应变片温度误差的主要原因有：⑴由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变

时，应变片的标称电阻值发生变化。⑵当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。

电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。电桥补偿法 是最常用且效果较好的线路补偿法，应变片自补偿法是采用温度自补偿应变片或双金属线栅应变片来代替一般应变片，使之兼顾温度补偿作用。

? 6．拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电 路。试 问：

? （1）四个应变片应怎么粘贴在悬臂梁上？ ? （2）画出相应的电桥电路图。

答：①如题图3-4﹙ａ﹚所示等截面悬梁臂，在外力F作用下，悬梁臂产生变形，梁的上表面受到拉应变，而梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同 的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图3-4﹙ｂ﹚ 所示粘贴。

题图3-4（a）等截面悬臂梁 （b）应变片粘贴方式 （c）测量电路 ②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图3-4﹙ｃ﹚所示，R1、R4

同，R2、R3、所受应变方向相同，但与R1、R4所受应变方向相反。

? 7．电阻应变片的灵敏度K=2.0，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材

的E=2.0×1011N/m2，=0.3。求钢柱受10吨拉力作用时，应变片电阻的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？ 答： 所

8．采用阻值为120Ω，灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，桥路电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥以及全桥工作时的输出电压。并比较三种情况下的灵敏度。 答：

(1)当ε=2με时， △R/R=K0ε=2x10-6

单臂工作时，输出电压U0=R1R2 (△R/R)U0 /(R1+R2)=4.8X10-4v 双臂工作时，输出电压U0=2R1R2 (△R/R) U0/(R1+R2)= 9.6X10-4v 全臂工作时，输出电压U0=4R1R2 (△R/R) U0/(R1+R2)=19.2X10-4v 单臂工作，双臂工作，全臂工作时 灵敏度的比值为1：2：4 （2）当ε=1000με时， △R/R=K0ε=2x10-3

单臂工作时，输出电压U0=R1R2 (△R/R) U0/(R1+R2)=0.48v 双臂工作时，输出电压U0=2R1R2 (△R/R) U0 /(R1+R2)= 0.96v 全臂工作时，输出电压U0=4R1R2 (△R/R) U0 /(R1+R2)=1.92v 单臂工作，双臂工作，全臂工作时 灵敏度的比值为1：2：4