【正文】 片的橫向效應(yīng)很小，但由于焊點(diǎn)多，在受沖擊、振動(dòng)時(shí)焊點(diǎn)容易損壞，制造工藝要求較高。 2．金屬電阻應(yīng)變片的類型 它是通過(guò)光刻、腐蝕等工序在基底上制成的一層很薄的金屬箔柵，基底和覆蓋層多為膠質(zhì)膜。 2．金屬電阻應(yīng)變片的類型 薄膜應(yīng)變片是采用真空蒸鍍技術(shù)在薄的絕緣基片上蒸鍍上金屬電阻材料薄膜，最后加上保護(hù)層制成的，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏系數(shù)高，允許電流密度大等。 通過(guò)粘合劑和基底的傳遞作用使敏感柵感受測(cè)試件表面的變形和應(yīng)變。 3．金屬電阻應(yīng)變片的粘貼 粘合劑有多種類型，其使用范圍及特點(diǎn)各不相同。 3．金屬電阻應(yīng)變片的粘貼 測(cè)量精度與應(yīng)變片粘貼的質(zhì)量關(guān)系很大。 4．金屬電阻應(yīng)變片的基本特性 及主要技術(shù)性能參數(shù) （ 1）幾何尺寸與電阻值 （ 2）應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù) （ 3）橫向效應(yīng) （ 4）最大工作電流 （ 1）幾何尺寸與電阻值 應(yīng)變片的縱軸線稱為靈敏軸線，沿著靈敏軸線的方向稱為縱向，垂直于靈敏軸線的方向稱為橫向。 Lb（ 1）幾何尺寸與電阻值 一般廠家生產(chǎn)的應(yīng)變片，標(biāo)距都有一個(gè)系列值，最小為 ，最長(zhǎng)為 300mm。 因此，應(yīng)根據(jù)需要選擇應(yīng)變片的幾何尺寸。 定型生產(chǎn)的應(yīng)變片的電阻值有一個(gè)系列值：60、 1 350、 600、 700和 1000Ω等。 但實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K恒小于金屬電阻絲的靈敏系數(shù) Ks。 （ 2）應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù) 應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù) K需通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)的測(cè)定是在特定的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的，測(cè)試件材料規(guī)定為泊松系數(shù) μ0＝ 。 （ 3）橫向效應(yīng) 測(cè)試件受外力作用產(chǎn)生的應(yīng)變可分解為縱向應(yīng)變 εx和橫向應(yīng)變 εy。 （ 3）橫向效應(yīng) 設(shè)敏感柵兩端彎曲部分為半圓弧形，如圖所示，則敏感柵可分為中間的縱柵和兩端的半圓弧形橫柵兩部分。 若縱向應(yīng)變 εx為正，則其電阻值增大。 L εy εx εθ θ縱 柵 半 圓 弧 形 橫 柵半 圓 弧 形 橫 柵放 大 圖（ 3）橫向效應(yīng) 由于橫向應(yīng)變 εy與縱向應(yīng)變 εx的符號(hào)相反，在它們的共同作用下，使得敏感柵的半圓弧形橫柵部分的電阻值變化要比同長(zhǎng)度的電阻絲受縱向應(yīng)變 εx的作用所產(chǎn)生的電阻值變化要小，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。 L εy εx εθ θ縱 柵 半 圓 弧 形 橫 柵半 圓 弧 形 橫 柵放 大 圖（ 3）橫向效應(yīng) 從而使應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù) K小于金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù) Ks。 工作電流大，輸出信號(hào)也大，因而靈敏度高。 （ 4）最大工作電流 應(yīng)變片的最大工作電流 Im是指允許通過(guò)應(yīng)變片而不影響其工作和性能的最大電流值。 半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬電阻應(yīng)變片雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但卻存在一大弱點(diǎn)，就是應(yīng)變靈敏系數(shù)低。 半導(dǎo)體應(yīng)變片 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 20世紀(jì) 70年代中期又研制出了周邊固支的硅膜片一體化固態(tài)壓阻器件，由于它具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、準(zhǔn)確度高、易于微型化和集成化等特點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用，并成為受到人們普遍關(guān)注并重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新型傳感器。 目前半導(dǎo)體應(yīng)變片使用最多的材料是是單晶硅半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體應(yīng)變片 應(yīng)用最多的是體型半導(dǎo)體應(yīng)變片，它是沿所需的晶向，在硅錠上切出小條作為應(yīng)變片的敏感柵，亦有制成柵狀的，然后在敏感柵上焊接引線而制成，如圖所示。 基底材料有金屬箔、玻璃或陶瓷薄片，敏感柵厚度 ≤，敏感柵與基底之間有氧化硅絕緣層，敏感柵有內(nèi)外引線引出。 半導(dǎo)體應(yīng)變片 擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片是在半導(dǎo)體材料 N型硅的基底上，利用雜質(zhì)擴(kuò)散技術(shù)，將 P型雜質(zhì)（硼、鋁等）擴(kuò)散到 N型硅中，即可形成一層極薄的 P型導(dǎo)電膜。 P型導(dǎo)電膜往往為條形，稱之為 P型電阻條。 R2R1R3R4〔 0 0 1 〕〔 1 1 0 〕 r0 . 6 3 5 r 半導(dǎo)體應(yīng)變片 還可利用集成電路技術(shù)把擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片與補(bǔ)償、放大及信號(hào)轉(zhuǎn)換、電源等電路集成為一體，使傳感器向超小型、多功能及智能化方向發(fā)展。 在電阻應(yīng)變傳感器中，最常用的測(cè)量電路是電橋。 它的一個(gè)對(duì)角 A、 C接入電源電壓 Us，則另一個(gè)對(duì)角 B、 D有輸出電壓 UO。 測(cè)量電橋的輸出端往往接入負(fù)載 ZL。 因此可將上圖簡(jiǎn)化成圖所示的等效電路。 為了使電橋的輸出為零，即達(dá)到電橋平衡，應(yīng)滿足 1 3 2 4Z Z Z Z?2．測(cè)量電橋的輸出電壓和平衡條件 因 要使電橋平衡，則應(yīng)滿足 jZ Z e ??1 3 2 4Z Z Z Z?1 3 2 4? ? ? ?? ? ?2．測(cè)量電橋的輸出電壓和平衡條件 上面式子即為電橋的平衡條件。 由此可得電橋的平衡條件為：兩相對(duì)橋臂阻抗的幅值乘積相等，相角和相等。 1 3 2 4R R R R?2．測(cè)量電橋的輸出電壓和平衡條件 由以上可見(jiàn)，電橋平衡條件僅僅是由橋臂各阻抗參數(shù)之間的關(guān)系確定的，而與電源電壓無(wú)關(guān)。 3．測(cè)量電橋的類型 （ 1）直流電橋和交流電橋 （ 2）不平衡電橋和平衡電橋 （ 1）直流電橋和交流電橋 根據(jù)電橋供電電源，測(cè)量電橋可分為直流電橋和交流電橋。 （ 2）不平衡電橋和平衡電橋 根據(jù)測(cè)量方法，測(cè)量電橋可分為不平衡電橋和平衡電橋。 以純電阻電橋?yàn)槔?，圖所示的電橋即為不平衡電橋。 即 R1R3＝ R2R4。 A CBDUsR1R2R3R4M（ 2）不平衡電橋和平衡電橋 此時(shí)電橋輸出端 BD間有電流通過(guò)，使電流表 M偏轉(zhuǎn)，這時(shí)由電流表 M偏轉(zhuǎn)的大小來(lái)反映被測(cè)量的變化值。 圖所示的電橋即為平衡電橋。 即 R1R3＝ R2R4。 A CBDUsR1R2R3R4J（ 2）不平衡電橋和平衡電橋 通過(guò)調(diào)整相鄰橋臂可調(diào)電阻 R2的大小使電橋恢復(fù)平衡，使檢流計(jì) J重新指零。 A CBDUsR1R2R3R4J 直流不平衡電橋 1．直流不平衡電橋的構(gòu)成和工作原理 2．直流不平衡電橋的工作方式和輸出電壓 3．直流不平衡電橋的輸出電流 4．直流不平衡電橋的靈敏度 5．直流不平衡電橋的非線性 6．直流不平衡電橋的特性 7．直流不平衡電橋的設(shè)計(jì)原則 8．平衡調(diào)零電路 1．直流不平衡電橋的構(gòu)成 和工作原理 直流不平衡電橋的四個(gè)橋臂由電阻 RR R R4組成，電橋由直流電源 Us供電，如圖所示。 由于放大器的輸入阻抗一般很高，故可認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無(wú)窮大，此時(shí)的電橋輸出端近似于開(kāi)路狀態(tài)，負(fù)載電阻上的電壓降近似等于電橋的輸出電壓，這時(shí)用電橋的輸出電壓作為測(cè)量電路的輸出 Uo。 為此，應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇各橋臂電阻的初始值，使橋臂電阻的初始值滿足下式： 或 1 3 2 4R R R R? 1423RRRR?1．直流不平衡電橋的構(gòu)成 和工作原理 令 n稱為同一支路的橋臂比， m稱為不同支路的橋臂比。 1．直流不平衡電橋的構(gòu)成 和工作原理 非線性因子 ? ?1 4 2 3111nr r n r r? ???? ? ?1．直流不平衡電橋的構(gòu)成 和工作原理 當(dāng)每個(gè)橋臂電阻變化遠(yuǎn)小于本身值，即△ RiRi時(shí)， ri≈0， η≈0，輸出電壓 Uo可近似為： ? ?? ?1 2 3 421osnU r r r r Un? ? ? ??1．直流不平衡電橋的構(gòu)成 和工作原理 由上面式子可見(jiàn)，電橋輸出電壓 Uo可反映橋臂電阻值的變化，因而可以通過(guò)測(cè)量輸出電壓 Uo來(lái)反映橋臂電阻值的變化大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量。 （ 1）等臂電橋 等臂電橋的四個(gè)橋臂電阻的初始值相等，即 R1＝ R2＝ R3＝ R4＝ R。 由電橋輸出電壓和非線性因子的表達(dá)式有 ? ? ? ?1 2 3 41 14osU r r r r U?? ? ? ? ?1 2 3 41 2 3 4 2r r r rr r r r? ? ? ??? ? ? ?（ 1）等臂電橋 當(dāng)△ RiRi時(shí)， ri≈0， η≈0，輸出電壓 Uo可近似為： 實(shí)際應(yīng)用中，等臂電橋有單臂橋、半橋、全橋三種工作方式。 如 r1＝ r≠0， r2＝ r3＝ r4＝ 0。 如 r1≠0， r2≠0， r3＝ r4＝ 0。 在這種工作方式下，電橋的輸出電壓為 當(dāng)橋臂電阻變化很小，即△ RR ， r rr r4→0 時(shí)，電橋的輸出電壓即為 ? ?1 2 3 41 2 3 422osr r r rUUr r r r? ? ??? ? ? ? ?? ?1 2 3 44 so UU r r r r? ? ? ?③ 全橋 若相鄰兩橋臂電阻發(fā)生差動(dòng)變化，即 r1＝ r3＝－ r2＝－ r4＝ r，這時(shí)電橋的輸出電壓為 osU r U?（ 2）第一對(duì)稱電橋 第一對(duì)稱電橋，又稱輸出對(duì)稱電橋，四個(gè)橋臂電阻的初始值中有 R1＝ R2＝ R， R3＝R4＝ R‘， R’≠R。 實(shí)際應(yīng)用中，第一對(duì)稱電橋通常有單臂橋和半橋兩種工作方式。 （ 3）第二對(duì)稱電橋 第二對(duì)稱電橋，又稱電源對(duì)稱電橋，四個(gè)橋臂電阻的初始值中有 R1＝ R4＝ R， R2＝R3＝ R‘， R’≠R。 A CBDR1R2R3R4RLUs（ 3）第二對(duì)稱電橋 第二對(duì)稱電橋通常只有單臂橋一種工作方式，即只有一個(gè)橋臂電阻發(fā)生變化，其余橋臂電阻不變。 在這種工作方式下， η＝ r／（ 1＋ n＋ r）， 1－ η＝（ 1＋ n）／（ 1＋ n＋ r） （ 3）第二對(duì)稱電橋 電橋的輸出電壓為 當(dāng)橋臂電阻變化很小，即△ RR ， r→0 時(shí)，有 ? ? ? ?1 1 1osrUUn n r? ? ? ?? ? 21osnU r Un??3．直流不平衡電橋的輸出電流 上面討論的是電橋負(fù)載電阻無(wú)限大時(shí)的情況。 在這種情況下，往往以通過(guò)負(fù)載電阻的電流 IL作為電路的輸出 Io。 ET HRT HRLIL3．直流不平衡電橋的輸出電流 由圖可求得通過(guò)負(fù)載電阻RL的電流 IL，亦即電路的輸出電流 Io為： ET HRT HRLILoTHoLT H L T H LUEIIR R R R? ? ???3．直流不平衡電橋的輸出電流 當(dāng)負(fù)載電阻 RL等于電橋的等效內(nèi)阻 RTH，即RL＝ RTH時(shí)，通過(guò)負(fù)載電阻的電流上有極大值，這種狀態(tài)稱為最佳匹配。 當(dāng)電橋橋臂電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓 Uo≠0，電路的輸出電流 Io≠0。 可求得橋臂電阻變化時(shí)電橋的等效電阻為 ? ?? ?? ?341211 2 3 41111THm r rrrR nRn r nr n nr r?? ????????? ? ? ? ? ???3．直流不平衡電橋的輸出電流 按上式可分別求得各種工作方式下電橋的等效電阻 RTH。 4．直流不平衡電橋的靈敏度 當(dāng)直流不平衡電橋的輸出端連接電阻很大的負(fù)載時(shí)，電橋輸出端近似于開(kāi)路狀態(tài)，負(fù)載電阻上的電壓降近似等于電橋的輸出電壓，這時(shí)用橋路的輸出電壓作為測(cè)量電路的輸出 Uo，用電壓靈敏度 Ku來(lái)衡量電橋的測(cè)量靈敏度。 由于測(cè)量前電橋的初始狀態(tài)滿足平衡條件，橋路的輸出電壓 Uo即為電橋輸出電壓的變化量 ΔUo，故有 oouUUKR R r???4．直流不平衡電橋的靈敏度 當(dāng)直流不平衡電橋的輸出端連接的負(fù)載電阻為有限值時(shí)，通過(guò)負(fù)載電阻的電流即為電路的輸出電流 Io，這時(shí)用電流靈敏度 Ki來(lái)衡量電橋的測(cè)量靈敏度。 4．直流不平衡電橋的靈敏度 由于測(cè)量前電橋的初始狀態(tài)滿足平衡條件，橋路的輸出電流 Io即為電橋輸出電流的變化量 ΔIo，故有 ooiIIKR R r???4．直流不平衡電橋的靈敏度 將各種工作方式下的輸出電壓 Uo或輸出電流 Io代入上面兩式，即可求得各種工作方式下的電壓靈敏度或電流靈敏度。 當(dāng)各個(gè)橋臂電阻變化遠(yuǎn)小于本身值，即 ΔRi Ri時(shí)， ri→0 ，這時(shí)電橋的輸出電壓 Uo或輸出電流 Io與橋臂電阻相對(duì)變化 r之間的關(guān)系可近似認(rèn)為是線性的，這是理想的線性特性。 非線性