2、压力的表示
绝对压力PJ
大气压力PD
表压力PB
表压 1 绝对 压力 大气压力线 负压 1 真空度 绝对 压力
PB= PJ －PD PZ＝ PD－ PJ
真空度PZ（负压）
0
绝对压力的零线
二、应变式传感器
1、应变片的工作原理
我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝， 记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电 阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为 10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似 的原理制作的。
• 用应变片测试应变时，将应变片粘 贴在试件表面。当试件受力变形后， 应变片上的电阻丝也随之变形，从 而使应变片电阻值发生变化，通过 测量转换电路最终转换成电压或电 流的变化。
三、应变片的种类
1、金属应变片（应变式压力传感器）
（1）金属丝式
（2）箔式
（3）薄膜式
2、半导体应变片（压阻式压力传感器）
③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被 测试件材料必须一样, 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
2) 应变片自补偿，巧妙的安装应变片
应变片
被拉伸 试件 被压缩
2. 确定中心线
4 应变片的粘贴
1. 去污：采用手 持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等，并 用细纱布交叉打 磨出细纹以增加 粘贴力 ，用浸有 酒精或丙酮的纱 布片或脱脂棉球 擦洗。
2. 电阻应变片的温度补偿方法
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补 偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法
若实现完全补偿, 上述分析过程必须满足四个条件:
① 在应变片工作过程中, 保证R3 =R4。 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系
数α, 膨胀系数β, 应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。
电子秤
远距离 显示 磅秤 超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
人体 秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳 手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械 制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的 装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA， 有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等 功能。
3.4.4 应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a=F/m。
2 3 1 4
1 —等强度梁； 2 —质量块； 3 —壳体； 4 —电阻应变敏感元体
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被 测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向 相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂 梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电
第三章
压力及
力 检测
应变效应 压力的概念 和单位
应变片
压力及力的 测量
应变式压力计
应变片温度补偿 与粘贴
压电式、压磁式、 电容式、霍尔式
转换电路
应变式 力与压力传感器
1、压力的表示 2、应变片测力的原理 3、各种类型的应变片及其特点 4、应变片的温度误差及其补偿 5、应变片的应用电路
一、压力及其单位
阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平
衡，从而输出电压， 即可得出加速度a值的大小。 适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一 般适用频率为10~60 Hz范围。
1、应变片测量力的原理是什么？ 2、应变片有哪几种类型？ 3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵 敏度最大？ 4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变 片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？ 画出电桥电路来说明. 5、如左下图所示，如需测量弯曲力和拉伸力，那么应变片应该 怎样连接在电桥电路中，分别画出测量弯曲力和拉伸力的测量电 桥电路。
金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝
式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势 。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的 。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片 与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕 变较小，一致性较好，适合于大批量生产。 还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数 、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一 起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在 构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变 传递给应变计的基底和敏感栅。 常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于 低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机 硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸 盐、硅酸、硼酸盐等。
二、应变片的结构 与材料
由敏感栅 1 、基底 2、盖片 3、引线 4和粘结剂等组成。 这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因 此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。
4
3
b 2 1 电阻应变片结构示意图 l
栅长 栅宽
（1） 敏感栅
由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、 200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。 对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
电路将R /R转换为输出 电压U0。
1、桥式测量转换电路工作方式
①单臂电桥 双臂电桥 四臂全桥
单臂电桥
R1为应变片， R2 、 R3、R4为 固定电阻 。
双臂电桥
R1、 R2为应变片，R3、 R4为固定电阻 。应变 片R1 、R2 感受到的应 变1~2以及产生的电
阻增量正负号相间， 可以使输出电压Uo成 倍地增大。
试 件
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变 片，如果设法使试件受力后，
应变片R1 ~ R4产生的电阻增量
（或感受到的应变1~4）正负 号相间，就可以使输出电压Uo
成倍地增大。上述三种工作方
式中，全桥四臂工作方式的灵 敏度最高，双臂半桥次之，单
臂半桥灵敏度最低。采用全桥
（或双臂半桥）还能实现温度 自补偿。
F
C
A D
B
题 5图
题 4图
压电效应
某些物质沿某一方向受到外力作用时，会产生
变形，同时其内部产生极化现象，此时在这种
实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学 中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即
R K x R
K—电阻应变片的灵敏度
x
— 称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变 x通常很小，在应变测 量中，也常将之称为微应变
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材 料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏 度比金属材料大几十倍。
•
薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀 等方法在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的 金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。 它的优点是应变灵敏度系数大, 允许电流密 度大, 工作范围广。
• 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工 作原理是基于半导体材料的压阻效应。所 谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向 受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感
器中。
• 丝式应变片 丝式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合 金丝绕成栅状制成的；
箔式应变片
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种 很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优 点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所 需的形状, 便于批量生产。
3.贴片：在应变 片的表面和处理 过的粘贴表面上， 各涂一层均匀的 粘贴胶 ，用镊子 将应变片放上去， 并调好位置，然 后盖上塑料薄膜， 用手指揉和滚压， 排出下面的气泡 。
4.接引线
引出导线要用柔软、 不易老化的胶合物适 当地加以固定，以防 止导线摆动时折断应 变片的引线。然后在 应变片上涂一层柔软 的防护层，以防止大 气对应变片的侵蚀， 保证应变片长期工作 的稳定性。
•
• 半导体应变片的灵敏度特别高，但是对温 度敏感.
应变片具有体积小、价格便宜、精度高、频率响应好等 优点，被广泛应用于工程测量及科学实验中。
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
四、应变片的测量电路
金属应变片的电阻变
化范围很小，如果直接用
欧姆表测量其电阻值的变 化将十分困难，且误差很
大。常利用桥式测量转换
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片 既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基 底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
（3） 引线
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性 能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊 接。大多数敏感栅材料都可制作引线。
3、 应变片的温度误差及补偿 a. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
电阻温度系数的影响
应变片温度误差 材料与应变片 膨胀系数不同
1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式 表示： Rt=R0（1+α0Δt） 式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值;