1、 一应变片的电阻R0=120Ω，K=，用作应变为800μm/m的传感元件。 (1)求△R与△R/R； (2)若电源电压Ui=3V，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U0。
解：(1)△R/R=Kε=μm/106μm
=
则△R= x R= x 120Ω=Ω
(2)
2、如果将 120Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积 S=×10-4m2，材料弹性模量 E=2×1011N/ m2。若由5×104N的拉力引起应变片电阻变化了 Ω，求该应变片的灵敏系数 K。
解：△R/R=120=
K=△R/R/ε=2
3、以阻值R=120Ω，灵敏系数 K=的电阻应变片与阻值 120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为 2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
解：
单臂： 双臂：
电压灵敏度：
4、在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为 120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥。若钢的泊松比 μ=，应变片的灵敏系数 K=2，电桥的电源电压Ui=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值 △R=Ω，试求电桥的输出电压 U；若柱体直径d=10mm，材料的弹性模量E=2×1011N/ m2，求其所受拉力大小。
解：由则=
所以电桥输出电压为
当柱体直径d=10mm时，由 ，得
5、某120Ω电阻应变片的额定功耗为40mW，如接人等臂直流电桥中，试确定所用的激励电压。
解：由电阻应变片R=120Ω，额定功率P=40mW，则其额定端电压为，当其接入等臂电桥中时，电桥的激励电压为
02简易电子秤
——电阻应变式传感器的调试
人民邮电出版社
项目描述
•
在超市里面电子秤是大家非常熟悉的称重设备，如
图2-1所示，它不但体积小，而且功能强，给超市工
作人员提供了很大的方便。
•
它是在简易电子称的基础上发展起来的实用电子称，
当物体放在秤盘上时，简易电子输出一个相应的模
拟信号，该信号经放大电路放大，输出到模数转换
器，转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控
制，CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到
显示器，显示出商品的价格、重量等信息。
知识准备
•
一、敏感元件
•
物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为
变形。若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺
寸或形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形
特性的物体称为弹性元件。
•
根据弹性元件在传感器中的作用，可以分为两种类
型：弹性敏感元件和弹性支承。前者感受力、力矩、
压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、
位移等，也就是通过它把被测参数由一种物理状态
转换为另一种所需要的物理状态，故称为弹性敏感
元件。
（一）弹性敏感材料的弹性特性
•
1．刚度
•
刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。
2．灵敏度
•
灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小。它是刚度的倒数，
即
3．弹性滞后
•
实际的弹性元件在加载和卸载的正
•
、反行程中变形曲线是不重合的，
•
这种现象称为弹性滞后现象，
•
产生弹性滞后的主要原因是弹性敏
•
感元件在工作过程中分子间存在内
•
摩擦，并造成零点附近的不灵敏区。
4．弹性后效
•
弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间
隔中逐渐完成变形的现象称为弹性后效现象。由于弹性后效存在，
•
弹性敏感元件的变形不能迅
•
速地随作用力的改变而改变，
•
引起测量误差
5．固有振动频率
•
弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率f有很大的
o
关系，固有振动频率通常由实验测得。传感器的工作频率
实验名称 电阻应变式传感器 实验地点 健翔桥实验室 实验时间 2012-3-25
1. 实验目的：
（1） 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
（2） 了解全桥测量电路优点。
2. 实验设备：
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)
3. 实验原理及内容：
1） 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反应的受力状态。对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
2） 金属箔式应变片——全桥性能实验
基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压U03=KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
4. 实验步骤：
1） 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
（1） 预习并写出预习报告；
（2） 根据图2-1应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
图2-1 应变式传感安装示意图
（3） 接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。
课 程 设 计
课程名称 传感器设计与实践
题目名称 电阻应变式拉力传感器及转换电路设计
广东工业大学课程设计任务书
“传感器设计与实践”之一
一、课程设计的内容
通过“传感器设计与实践”课程设计，掌握传感器设计的一般过程与步骤。具体内容包括：了解拉力测量的一般方法；制定利用应变式传感器测量拉力的方案；利用工程力学和传感器知识进行必要的理论分析与计算；利用CAD软件进行拉力传感器的结构设计与零件设计；设计传感器转换电路，并进行电路调试或仿真。
二、课程设计的要求与数据
1、本实践环节，采用以教学辅导、学生自主设计、自主实验的教学形式。
2、传感器技术参数：
测力范围：2×103～5×104 N； 称量精度：±1 %
3、要求设计说明书字数不少于5000字。
三、课程设计应完成的工作
1、了解拉力测量的一般方法，制定利用应变式传感器测量拉力的方案；
2、进行必要的理论分析与计算，确定传感器基本尺寸；
3、应变式拉力传感器结构设计；绘制传感器装配图和部分零件图；
4、传感器转换电路的设计和仿真调试；
5、编制设计说明书。
四、课程设计进程安排
序号 设计各阶段内容 答疑地点 起止日期
1 布置设计任务。学生查找相关资料 教1-308 1月12日
2 工学1-107 1月13~14日
3 工学1-107 1月14~18日
4 工学1-107 1月18日
5 工学1-107 1月18~21日
6 工学1-107 1月21日
7 工学1-107 1月21~22日
8 工学1-107 1月23日
五、应收集的资料及主要参考文献
1、李科杰．新编传感器技术手册（M）．国防工业出版社，2002年
2、强锡富．传感器（第3版）（M）．机械工业出版社，2001年
3、丁镇生．传感器及传感技术应用（M）．电子工业出版社，1999年
4、黄继昌．传感器工作原理及应用实例（M）．人民邮电出版社，1998年
