传感器与检测技术4.10.15答案主编邓长辉.doc

思考题与习题 .1 什么叫应变电阻效应？金属的应变电阻效应，即金属导体材料在受到外界拉力或压力作用时，产生机械变形，机械变形导致导体材料的阻值变化，这种因形变而使其电阻值发生变化的现象称为金属的应变电阻效应。敏感栅是应变片内实现应变—电阻转换的传感元件。为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将它固结在纸质或胶质的基底上，再在敏感栅上面粘贴一层纸质或胶质的覆盖层，起防潮、防蚀、防损等作用。敏感栅引出线用以与外接测量电路连接。应变片使用时用粘结剂将基底粘贴到试件表面的被测部位，基底及其粘合层起着把试件应变传递给敏感栅的作用。为此基底必须很薄，而且还应有良好的绝缘、抗潮和耐热性能。.2什么是金属电阻应变片的灵敏度系数？它与金属电阻丝的灵敏度系数有何不同？为什么？金属电阻应变片的其原因是：①由于基片粘合层传递应变有损失。②存在横向效应的缘故。.3 电阻应变片的灵敏度定义为K= △R/ Rε，其中△R为受到应变ε作用后应变片电阻的变化，R为应变片初始电阻。一个初始电阻为120Ω的应变片，灵敏度为K=2.0，如果将该应变片用总阻值为12Ω的导线连接到测量系统，求此时应变片的灵敏度。。当用导线将应变片连接到测量系统的前后，由于应变片的应变量相同，故用导线连接后应变片的灵敏度变为：。 4.4 金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？“电阻应变效应”，半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的“压阻效应”。和金属电阻应变片相比，半导体应变片具有灵敏度系数大，横向效应小，机械滞后小，尺寸小等优点，但是，半导体应变片多数用薄硅片制成，容易断裂，其测试时的可测应变范围通常限制在3000με左右，而金属电阻应变片的可测应变值达40000με。另外，半导体应变片的温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重，所以其应用仍然受到一定的限制。 4.5 有一电阻应变片，其灵敏度系数K=2，R=120Ω，设工作时其应变为1000με（微应变）， 问：1）ΔR=？；2）将此应变片接成图3-电路，分别求有应变和无应变时的电流值。ΔR=K×R×1000×10-6 = 0.24Ω。（2）有应变；无应变 习题图-1 应变片.6 应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径D=100mm，材料弹性模量E=205×109N/m2用它称500kN的物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏系数K=2，R=120?，问电阻变化多少？，根据材料力学理论，应变为：。所以电阻变化为：。 4.7 试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿办法。应变片安装在自由膨胀的试件上，在没有外力作用时，由于测量现场环境温度的改变从而使应变片的电阻也会变化，这种变化给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。应变片的温度误差主要来源有两个应变片本身电阻温度系数的影响电阻丝材料与试件材料的线膨胀系数的影响。温度补偿方法应变片自补偿法.8什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？桥臂工作方式.9 拟在等截面的悬臂梁上粘贴4个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问： （1）4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。（1）4个应变片粘贴应粘贴悬臂梁 （2）相应的电桥电路图.10习题图-2所示为一直流应变电桥。图中U=4V，R1=R2=R3=R4=120，试求： （1）R1为金属应变片，其余为外接电阻。当R1的增量为ΔR1=1.2时，电桥输出电压UO为多少？ （2）R1和R2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性，图-2 直流应变电桥其余为外接电阻电桥输出电压UO为多少？ΔR1=1.2时UO=； （2）此为差动输入方式，输出电压UO=； 4.11在使用金属电阻应变片半桥双臂工作电桥时，有人发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥双臂上各并联一片电阻应变片以提高灵敏度图-3所示。计算时假设，试问是否可提高灵敏度？为什么？灵敏度图-3 半桥双臂电桥 4.12习题图-4所示为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片灵敏系数K=2.05，未受应变时，R1=120。当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=8×10-，求： （1）应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。 （2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源图-4 等强度梁测力系电压为电流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？并分析统电桥输出电压及非线性误差大小。答：(1) （2）电桥理想输出电压： 电桥实际输出电压： 则电桥的非线性误差： （3）可以采用半桥差动输入方式或全桥输入方式。差动输入系统输出电压为单臂输入方式 的输出电压的2倍，而且可以消除非线性误差。全桥输入方式输出电压为单臂输入方式的输 出电压的4倍，而且