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300 285.15
300
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100%
4.95%
6
图2-3 一阶传感器阶跃响应
3-1 什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 【答】
1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为电阻应变效应。
2、半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。
3、应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用
25℃
下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的阻值发 生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。 3-2 试述温度误差的概念、产生的原因和补偿的办法。 【答】
1、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。
2、产生的原因有两个：一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差；二是当试件与电阻丝材料 的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 3、电阻应变片的温度补偿方法通常有：线路补偿和应变片自补偿 。
3-3 电阻应变片的直流电桥测量电路，若按不同的桥臂工作方式可分为哪几种？各自的输出电压如何计 算？ 【答】
1、可分为：单臂电桥、半差动电桥和全差动电桥三种。
2、单臂电桥输出电压为：
U
0
E R 4 R
7
半差动电桥输出电压为：
U
0
全差动电桥输出电压为：
U
0
E R 2 R R E R
3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥测量电路，试问： （1）四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上？ （2）画出相应的电桥电路。 【答】
1、在悬臂梁力传感器中，一般将应变片贴在距固定端较近的表面，且顺梁的方向上下各贴两片，上面 两个应变片受压时，下面两个应变片受拉，并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压 灵敏度，又可减小非线性误差。
图 3-1 等截面积悬臂梁
2、差动全桥测量电路
图 3-2 差动全桥测量电路
3-5 题 3-3 图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2= R3= R4=120Ω，试求：
（1）R1 为金属应变片，其余为外接电阻，当R1 的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出的电压U0=? （2）R1 、R2 都是金属应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输
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出的电压U0=?
（3）题（2）中，如果R2 与R1 感受应变的极性相反，且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出的电压U0=?
图 3-3 直流电桥测量电路
【解】
1、电桥输出电压为 ：
R
R
R
120 1.2 120
U0
)
9.95
E
4
( 1
1
3
(R R ) R
R
R
240
1.2 240
1
1
2
3
4
2、电桥输出电压为 ：
R R
R
U
0 0
1
mV
E 1
3
(R R ) (R
R ) R
R
1
1
2
2
3
4
3、当R1 受拉应变，R2 受压应变时，电桥输出电压为 ：
R
R
R
121.2 1 U0
E
4 (
1
1
3
(R R ) (R
R ) R
R
240 2
1
1
2
2
3
4
10 mV
mV
) 20 mV
当R1 受压应变，R2 受拉应变时，电桥输出电压为 ：
R
R
R
118.8 1 U0
) 20
E
4 (
1
1
mV
3
(R R ) (R
R ) R
R
240 2
1
1
2
2
3
4
3-6 题 3-4 图为等强度梁测力系统，R1
为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120
Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求： （1）应变片电阻变化量ΔR1 和电阻相对变化量ΔR1/R1。
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