1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第4章 應(yīng)變式傳感器一、單項選擇題1、為減小或消除非線性誤差的方法可采用（ ）。A. 提高供電電壓 B. 提高橋臂比C. 提高橋臂電阻值 D. 提高電壓靈敏度2、全橋差動電路的電壓靈敏度是單臂工作時的（ ）。A. 不變 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍3、電阻應(yīng)變片配用的測量電路中，為了克服分布電容的影響，多采用( )。A直流平衡電橋 B直流不平衡電橋C交流平衡電橋 D交流不平衡電橋4、通常用應(yīng)變式傳感器測量( )。A. 溫度 B密度C加速度 D電阻5、影響金屬導(dǎo)電材

2、料應(yīng)變靈敏系數(shù)K的主要因素是（ ）。A導(dǎo)電材料電阻率的變化 B導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化 D導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化6、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有（ ）。A電阻絲有溫度系數(shù) B試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同C電阻絲承受應(yīng)力方向不同 D電阻絲與試件材料不同7、電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（ ）。A差動電橋補償法 B補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法C補償線圈補償法 D恒流源溫度補償電路法8、當(dāng)應(yīng)變片的主軸線方向與試件軸線方向一致，且試件軸線上受一維應(yīng)力作用時，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K的定義是（ ）。A應(yīng)變片電阻變化率與試件主應(yīng)力之比B應(yīng)變片電阻與試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變之比C應(yīng)變片電阻變化

3、率與試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變之比D應(yīng)變片電阻變化率與試件作用力之比9、制作應(yīng)變片敏感柵的材料中，用的最多的金屬材料是（ ）。A銅 B鉑 C康銅 D鎳鉻合金10、利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。?）。A兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片B兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)C兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片D兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片11、在金屬箔式應(yīng)變片單臂單橋測力實驗中不需要的實驗設(shè)備是（ ）。A直流穩(wěn)壓電源 B低通濾波器 C差動放大器 D電壓表12、關(guān)于電阻應(yīng)變片，下列說法中正確的是（ ）A應(yīng)變片的軸向應(yīng)變小于徑向應(yīng)變 B金屬電阻應(yīng)變

4、片以壓阻效應(yīng)為主C半導(dǎo)體應(yīng)變片以應(yīng)變效應(yīng)為主 D金屬應(yīng)變片的靈敏度主要取決于受力后材料幾何尺寸的變化13、金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形(拉伸或壓縮)的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的（ ）。 A.電阻形變效應(yīng) B.電阻應(yīng)變效應(yīng) C.壓電效應(yīng) D.壓阻效應(yīng)14、箔式應(yīng)變片的箔材厚度多在（ ）之間。A.0.0010.01mm B.0.010.1mm C.0.010.1m D.0.00010.001m15、（ ）是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，將電阻材料在基底上制成一層各種形式敏感柵而形成應(yīng)變片。這種應(yīng)變片靈敏系數(shù)高，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，是一種很有前途的新型應(yīng)變片。 A.箔式應(yīng)變片 B.半導(dǎo)體

5、應(yīng)變片 C.沉積膜應(yīng)變片 D.薄膜應(yīng)變片16、目前，薄膜應(yīng)變片在實際使用中的主要問題是較難控制其電阻對（ ）的變化關(guān)系。 A.電流和時間 B.電壓和時間 C.溫度和時間 D.溫度和電流17、絕緣電阻，即敏感柵與基底間的電阻值，一般應(yīng)大于（ ）。A.10e+10 B.10e+12 C.10e+9 D.10e+1118、應(yīng)變片的應(yīng)變極限是指在溫度一定時，指示應(yīng)變值和真實應(yīng)變的相對差值不超過一定數(shù)值時的最大真實應(yīng)變數(shù)值，一般差值規(guī)定為( )，當(dāng)指示應(yīng)變值大于真實應(yīng)變的該比例值時，真實應(yīng)變值稱為應(yīng)變片的極限應(yīng)變。A.15 B.20 C.8 D.1019、蠕變是指已粘貼好的應(yīng)變片，在溫度一定并承受一定的

6、機械應(yīng)變時，指示應(yīng)變值隨( )的變化。 A.位移 B.壓強 C.時間 D.外力作用20、由( )和應(yīng)變片以及一些附件(補償元件、保護罩等)組成的裝置稱為應(yīng)變式傳感器。 A.彈性元件 B.調(diào)理電路 C.信號采集電路 D.敏感元件21、應(yīng)變片的允許工作電流參數(shù)是指（ ）A 允許通過應(yīng)變片而絕緣材料因受熱而未損壞的最大電流B 允許通過應(yīng)變片而敏感柵受熱未燒壞的最大電流C 允許通過應(yīng)變片而敏感柵受熱未燒壞的最大電流22、直流電橋平衡的條件是（ ）。A 相臨兩臂電阻的比值相等B 相對兩臂電阻的比值相等C相臨兩臂電阻的比值不相等D 所有電阻都相等23、直流電橋的平衡條件為（ ） A相鄰橋臂阻值乘積相等 B

7、相對橋臂阻值乘積相等C相對橋臂阻值比值相等 D相鄰橋臂阻值之和相等 二、多項選擇題1、基本工作原理是基于壓阻效應(yīng)的是（ ）。 D. 磁敏電阻2、全橋的各橋臂上各并聯(lián)一只應(yīng)變片，其靈敏度（ ）。 B. D3、當(dāng)電阻應(yīng)變片式傳感器拉伸時，該傳感器電阻（ ）。 4、電阻應(yīng)變片有多種類型，以下屬于電阻應(yīng)變片的種類的是：（ ） A.絲式應(yīng)變片 B.箔式應(yīng)變片 C.薄膜應(yīng)變片 D.半導(dǎo)體應(yīng)變片5、電阻應(yīng)變式傳感器已廣泛應(yīng)用于（ ）領(lǐng)域。A.航空領(lǐng)域 B.電力領(lǐng)域 C.機械領(lǐng)域 D.建筑領(lǐng)域6、為了正確選用電阻應(yīng)變片，應(yīng)該對影響其工作特性的主要參數(shù)進行了解，以下是應(yīng)變片的主要參數(shù)的有：（ ） A.應(yīng)變片電阻

8、值 B.絕緣電阻 C.靈敏系數(shù) D.允許電流7、應(yīng)變式壓力傳感器主要采用哪些彈性元件？（ ） A.膜片式 B.薄板式 C.筒式 D.組合式8、以下材料具有壓電效應(yīng)的有：（ ） A.所有晶體 B.鈦酸鋇 C.鋯鈦酸鉛 D.石英9、電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，可構(gòu)成測量各種參數(shù)的電阻應(yīng)變式傳感器,這些參數(shù)包括（ ）。A.位移 B.加速度 C.力 D.力矩三、填空題1、單位應(yīng)變引起的稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)。2、產(chǎn)生電阻應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有 的影響和 的影響。3、直流電橋平衡條件是 。4、直流電橋的電壓靈敏度與電橋的供電電壓的關(guān)系

9、是 關(guān)系。5、電阻應(yīng)變片的溫度補償中，若采用電橋補償法測量應(yīng)變時， 粘貼在被測試件表面上，補償應(yīng)變片粘貼在與被測試件完全相同的 上，且補償應(yīng)變片 。6、半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于 效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 。7、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除 同時還能起到 的作用。8、電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件是 ，其工作原理是基于 。9、應(yīng)變式傳感器中的測量電路是式將應(yīng)變片的 轉(zhuǎn)換成 的變化，以便方便地顯示被測非電量的大小。10、電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除 ， 同時還能起到 的作用。11、應(yīng)變式傳感器是由 和電阻應(yīng)變片及一些附件組成的。12、電

10、阻應(yīng)變片由 、基片、覆蓋層和引線等部分組成。13、電阻應(yīng)變片的工作原理就是依據(jù)應(yīng)變效應(yīng)建立 與變形之間的量值關(guān)系而工作的。14、金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 效應(yīng)。15、電阻應(yīng)變片的溫度補償方法有： 和 。16、箔式應(yīng)變片系利用照相制版或_ _的方法，將電阻箔樹在絕緣其底下制成各種圖形而成的應(yīng)變片。17、薄膜應(yīng)變片的厚度在_ _以下。18、應(yīng)變片可以把應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，為顯示與記錄應(yīng)變的大小，還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，完成上述作用的電路稱為電阻應(yīng)變式傳感器的_ _ _，一般采用測量

11、電橋。19、壓電材料有三類：壓電晶體、壓電陶瓷和_ _。20、直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為 效應(yīng)。21、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將 轉(zhuǎn)換為 變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼 元件構(gòu)成，彈性元件用來 ， 元件用來 。22、電阻應(yīng)變片的溫度誤差是由 的改變給測量帶來的附加誤差，其產(chǎn)生的原因有 的影響和 的影響。23、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確的測量出來，需采用特別設(shè)計的測量電路，通常采用 或 。24、減小或消除非線性誤差的方法有 和采用差動電橋。其中差動電橋可分為 和 兩種方式。四、簡答題1、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？ 利用應(yīng)變效應(yīng)解釋

12、金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2、試簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差產(chǎn)生的原因，并說明有哪幾種補償方法。 3、什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計算？4、為什么應(yīng)變式傳感器大多采用交流不平衡電橋為測量電路？該電橋為什么又都采用半橋和全橋兩種方式？5、應(yīng)用應(yīng)變片進行測量為什么要進行溫度補償？常采用的溫度補償方法有哪幾種？6、應(yīng)變式傳感器的基本工作原理是什么？7、簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出(溫度誤差)的原因及其補償方法。8、試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。9、一個懸臂梁受力作用彎曲，現(xiàn)在用電阻應(yīng)變片測量作用力F。當(dāng)考慮采用電阻應(yīng)變片溫度線路補償法

13、時，請畫圖表示應(yīng)變片粘貼位置和測量線路的接法。10、直流電橋平衡條件是什么？交流電橋平衡條件是什么？試說明動態(tài)電阻應(yīng)變儀除需電阻平衡外，還需調(diào)電容平衡的原因？11、在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場合？用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？12、金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？ 13、說明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？14、簡述電阻應(yīng)變片的測試原理。15、請簡述電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點。16、簡要說明電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。17、請簡要一下解釋壓阻效應(yīng)。18、請簡要說明一下壓電式加速度傳感器具有的優(yōu)點。19、

14、請簡要說明一下什么是電荷放大器。五、計算題1、擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動全橋電路，試問：（1）四個應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上？ （2）畫出相應(yīng)的電橋電路圖。2、在半導(dǎo)體應(yīng)變片電橋電路中，其一橋臂為半導(dǎo)體應(yīng)變片，其余均為固定電阻，該橋路受到=4300應(yīng)變作用。若該電橋測量應(yīng)變時的非線性誤差為1%，n=R2/R1=1，則該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少？3、電阻應(yīng)變片的靈敏度K=2， 沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E=21011N/m2，=0.3。求鋼柱受10t拉力作用時，應(yīng)變片電阻的相對變化量。又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時，應(yīng)變片電阻的

15、相對變化量為多少？4、如果將100應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件截面積S=0.510-4m2，彈性模量E=21011N/m2，若由5104N的拉力引起應(yīng)變計電阻變化為1，試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)？ 5、一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm，在其表面粘貼8個應(yīng)變片，4個沿軸向粘貼，4個沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120，靈敏度為2.0，泊松比為0.3，材料彈性模量為2.11011Pa，要求：（1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；（2）計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化； （3）當(dāng)橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。6、圖中

16、，設(shè)負(fù)載電阻為無窮大（開路），圖中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。（1）R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.0時，試求電橋的輸出電壓Uo。（2）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。（3）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為R1=R2=1.0，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。7、圖中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的靈敏度系數(shù)K=2.05，未受到應(yīng)變時，R1=120。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/R1。

17、（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出的電壓及其非線性誤差。（3）如果要減小非新性誤差，應(yīng)采取何種措施？8、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說明R3、R4起到什么作用？ 9、如圖所示為等強度梁測力系統(tǒng)，為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)，未受應(yīng)變時，120。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變，求： （1）應(yīng)變片電阻變化量和電阻相對變化量。 （2）將

18、電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流，3V,求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。 （3）若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。題2圖10、一應(yīng)變片的電阻R=120 ，k=2.05，用作應(yīng)變片為800m/m的傳感元件。.求R/R和R；.若電源電壓U=3V，惠斯登電橋初始平衡，求輸出電壓U0。11、一個直流應(yīng)變電橋如圖5-38。已知：R1=R2=R3=R4=R=120，E=4V，電阻應(yīng)變片靈敏度S=2。求：（1）當(dāng)R1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，R1受力后變化R1/R=1/100時，輸出電壓為多少？ （2）當(dāng)R2也改為工作應(yīng)變片，若R2的電阻變化為1/1

19、00時，問R1和R2是否能感受同樣極性的應(yīng)變，為什么？12、兩個阻值都為100的應(yīng)變片粘貼在圖示鋼制拉伸試件上，其中鋼的彈性模量為E=21011N/m2,F=50KN,問兩應(yīng)變片怎樣粘貼在試件上并如何接入電橋才能有最大輸出？（電橋兩臂為固定電阻R=100），請在試件和橋路上標(biāo)出。當(dāng)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為15時，R=？，若要求輸出電壓為50mV,供電電源電壓U為多少？試件等截面積為510-4m2。13、一個直流應(yīng)變電橋如圖（a）所示，已知R1=R2=R3=R4=R=100, E=4V，電阻應(yīng)變片靈敏度S=2。求：1）當(dāng)R1為工作應(yīng)變片，其余為外接電阻，R1受力后變化R1/R=1/100時，輸出電壓為

20、多少？2）當(dāng)R2也改為工作應(yīng)變片，若R2的電阻變化為1/100時，問R1和R2能否感受同樣極性的應(yīng)變，為什么？ 3）若要測量圖（b）所示懸臂梁的受力F, 四個臂全部為應(yīng)變片，請在梁上標(biāo)出R1、R2、R3、R4應(yīng)變片粘貼的位置。 (a) (b) 圖114、如圖用懸臂梁測力P，4片電阻應(yīng)變片標(biāo)稱阻值均為120應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K=2。（1）全橋測量如何貼片和組橋？（用圖說明）（2）如懸臂梁應(yīng)變=10000*e-6,電橋電壓e0=30,則全橋的輸出電壓ey=? 15、如圖為一直流應(yīng)變電橋。圖中，試求：為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)?shù)脑隽繛闀r，電橋輸出電壓；都是應(yīng)變片，且批號相同，感受應(yīng)變的極性和大小

21、都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出；題(2)中，如果與感受應(yīng)變的極性相反，且，電橋的輸出。16、圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。17、已知一等強度梁測力系統(tǒng)，Rx為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2，未受應(yīng)變時，Rx = 100。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變 = 1000m/m，求：（1）應(yīng)變片電阻變化量R

22、x和電阻相對變化量Rx/Rx 。（2）將電阻應(yīng)變片Rx置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（3）若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時的兩倍和四倍，應(yīng)采取哪些措施？分析在不同措施下的電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大小。18、試分析半橋差動交流電橋的平衡條件，并給出電橋的輸出電壓表達(dá)式。19、假設(shè)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，。問：在試件承受時，電阻變化值？20、如圖所示，在懸臂梁距端部為L位置上下面各貼兩片完全相同的電阻應(yīng)變片。試求，（c）、(d)、(e)三種橋臂接法橋路輸出電壓對(b) 種橋臂接法輸出電壓比值。圖中為電源電壓，是固定電阻，且，為橋路輸出電壓。21、電

23、阻應(yīng)變片阻值為120，靈敏系數(shù)，沿縱向粘貼于直徑為的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量，（1）求鋼柱受拉力作用時應(yīng)變片電阻的變化量和相對變化量；（2）又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同樣拉力作用時應(yīng)變片電阻的相對變化量為多少？22、如果將100電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件受力橫截面積，彈性模量，若有的拉力引起應(yīng)變電阻變化為1。試求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)?23、一臺用等強度梁作為彈性元件的電子秤，在梁的上、下面各貼兩片相同的電阻應(yīng)變片(K=2)如圖(a)所示。已知l100mm、b11mm、t3mm，。現(xiàn)將四個應(yīng)變片接入圖(b)直流橋路中，電橋電源電壓U=6v；當(dāng)力F0.5kg時，求電橋輸出電壓24

24、、用直流電橋測量電阻，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=10.0004時電橋已平衡（則被測電阻Rx=10.0004），但由于檢流計指針偏轉(zhuǎn)在0.3mm以內(nèi)時，人眼就很難觀測出來，因此Rn的值也可能不是10.0004，而是Rn=10.0004Rn。若已知電橋的相對靈敏度Sr=1mm/0.01%，求對應(yīng)檢流計指針偏轉(zhuǎn)0.3mm時，Rn為多少？ 25、如下圖所示電路為應(yīng)變式傳感器常用的電橋測量電路。圖中R3=R4=R是固定電阻，R1與R2是電阻應(yīng)變片，初始阻值均為R，工作時R1受拉，R2受壓，R表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力無應(yīng)變時R=0，電橋處于平衡狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，電橋失去平衡，此

25、時，就用橋路輸出電壓U0表示應(yīng)變片受力后電阻值的變化量。試證明：U0=-(E/2)( R/R)。 六、綜合分析設(shè)計題1、在如圖所示的懸臂梁測力系統(tǒng)中，可能用到4個相同特性的電阻應(yīng)變片,，各應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2，初值為100。當(dāng)試件受力F時，若應(yīng)變片要承受應(yīng)變，則其平均應(yīng)變?yōu)? 1000m/m。測量電路的電源電壓為直流3V。（1）若只用1個電阻應(yīng)變片構(gòu)成單臂測量電橋，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（2）若要求用2個電阻應(yīng)變片測量，且既要保持與單臂測量電橋相同的電壓靈敏度，又要實現(xiàn)溫度補償，請畫圖標(biāo)出2個應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置，繪出轉(zhuǎn)換電橋，標(biāo)明這2個應(yīng)變片在橋臂中的位置？（3）要使測量電橋

26、電壓靈敏度提高為單臂工作時的4倍，請畫圖標(biāo)出各個應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置，繪出轉(zhuǎn)換電橋，標(biāo)明各應(yīng)變片在各橋臂中的位置，并給出此時電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大小？2、如圖1是一個懸臂梁，現(xiàn)今用電阻應(yīng)變片測量作用力F。若考慮電阻應(yīng)變片的溫度線路補償，請畫圖表示應(yīng)變片粘貼的位置和測量線路的接法，指出補償方法及原理，為保證補償效果應(yīng)注意的問題。 圖 13、四片相同的金屬絲應(yīng)變片（K=2），貼在實心圓柱形測力彈性元件上，如圖所示。已知力，圓柱斷面半徑，楊氏模量，泊松比。請完成以下內(nèi)容：（1）畫出應(yīng)變片在圓柱上粘貼位置及相應(yīng)測量橋路原理圖；（2）求各應(yīng)變片的應(yīng)變電阻相對變化量；（3）若供電橋電壓，求橋

27、路輸出電壓；（4）此種測量方式能否補償環(huán)境溫度對測量的影響，說明原因。4、采用四個性能完全相同的電阻應(yīng)變片(靈敏度系數(shù)為K)，將其貼在薄壁圓筒式壓力傳感元件外表圓周方向，彈性元件周圍方向應(yīng)變，式中，為待測壓力，為泊松比，為楊氏模量，d為筒內(nèi)徑，D為筒外徑?，F(xiàn)采用直流電橋電路，供電橋壓U。要求滿足如下條件：(1)該壓力傳感器有溫度補償作用；(2)橋路輸出電壓靈敏度最高。試畫出應(yīng)變片粘貼位置和相應(yīng)橋路原理圖并寫出橋路輸出電壓表達(dá)式。5、FR1R2R3R4如上圖所示為一彈性元件為圓柱型的應(yīng)變式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。已知彈性元件橫截面積為S，彈性模量為E，應(yīng)變片初始電阻值（在外力F=0時）均相等，電阻

28、絲靈敏度系數(shù)為K0，泊松比為。（1）設(shè)計適當(dāng)?shù)臏y量電路（要求采用全橋電路），畫出相應(yīng)電路圖，并推導(dǎo)橋路輸出電壓U0和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示：RR，推導(dǎo)過程中可做適當(dāng)近似處理）（2）分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）。6、 tR2,R4R1,R3Flx如上圖所示為一懸臂梁式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻應(yīng)變片。已知彈性元件各參數(shù)分別為：；電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，且初始電阻阻值（在外力為0時）均為。 （1）設(shè)計適當(dāng)?shù)臏y量電路，畫出相應(yīng)電路圖；（2）分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）；（3）當(dāng)懸臂梁一端受一向下的外力作用時，試求此

29、時四個應(yīng)變片的電阻值（提示：）；（4）若橋路供電電壓為直流10v時，計算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。第4章 應(yīng)變式傳感器一、單項選擇題1、B 2、C 3、D 4、C 5、A 6、A 7、B 8、C 9、B 10、C 11、B 12、D13、B 14、A 15、D 16、C 17、A 18、D 19、C 20、A 21、C 22、A 23、B二、多項選擇題1、ABC 2、ABCD 3、ABCD 4、ABCD 5、ABCD 6、ABCD 7、ABCD 8、BCD 9、ABCD 三、填空題1、電阻值變化量 2、電阻溫度系數(shù)；試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 3、相鄰兩臂電阻的比值相等 4、正比

30、5、工作應(yīng)變片；補償塊；不承受應(yīng)變 6、壓阻；大 7、非線性誤差；提高靈敏度 8、電阻應(yīng)變片；電阻應(yīng)變效應(yīng) 9、電阻變化量；電量 10、非線性誤差；溫度補償 11、彈性元件 12、電阻絲 13、力 14、應(yīng)變；壓阻 15、線路補償法；應(yīng)變片自補償法 16、光刻腐蝕 17、0.1m 18、信號調(diào)節(jié)電路 19、有機壓電材料 20、橫向 21、應(yīng)變；電阻；電阻應(yīng)變敏感元件；感知應(yīng)變；電阻應(yīng)變敏感元件；將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化 22、環(huán)境溫度；電阻溫度系數(shù)；試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 23、直流電橋；交流電橋 24、提高橋臂比；半橋差動；全橋差動四、簡答題1、 答：材料的電阻變化由尺寸變化引起的，稱

31、為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。2、答： 溫度誤差產(chǎn)生原因包括兩方面： 溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變，試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。溫度補償方法，基本上分為橋路補償和應(yīng)變片自補償兩大類。 3、答：橋臂的供電電源是直流電的稱為直流電橋。按橋臂工作方式不同，可分為單臂直流電橋、半橋差動直流電橋、全橋差動直流電橋。單臂直流

32、電橋輸出電壓為：半橋差動直流電橋輸出電壓為：全橋差動直流電橋輸出電壓為：4、答：由于應(yīng)變電橋的輸出電壓很小，一般要加放大器，但直流放大器易產(chǎn)生零漂， 所以應(yīng)變電橋多采用交流電橋。又由于交流電橋的供電電源是交流，為了消除應(yīng)變片引線寄生電容的影響，同時也為了滿足交流電橋的平衡條件，常采用不平衡電橋測量電路。 交流不平衡電橋采用半橋和全橋的方式是為了消除非線性誤差和提高系統(tǒng)靈敏度。5、答：由于電阻溫度系數(shù)的影響以及試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響，會給電阻應(yīng)變片的測量帶來誤差，因此需要進行溫度補償。 常采用的溫度補償法有電橋補償法和應(yīng)變片自補償法。6、答：應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測物理

33、量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。7、答：電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因主要有兩個方面：一是由于電阻溫度系數(shù)的影響；二是試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響。 常采用的溫度補償法有電橋補償法和應(yīng)變片自補償法。8、答：應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性誤差的原因是電阻相對變化量的影響。減小或消除非線性誤差的方法是：1）提高橋臂比2）采用差動電橋 9、答: 10、答：直流電橋平衡條件是相鄰兩臂電阻的比值相等。交流電橋的平衡條

34、件（實部、虛部分別相等）：11、答：直流電橋適合供電電源是交流電的場合，交流電橋適合供電電源是交流的場合。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單橋電路靈敏度提高4倍，且二者均無非線性誤差。12、答：前者利用金屬形變引起電阻的變化；而后者是利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化（壓阻效應(yīng)）。13、答：金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)、機械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應(yīng)特性。14、答：應(yīng)變是物體在外部壓力或者拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象，電阻應(yīng)變片的工作原理就是基于

35、金屬的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻隨著它所受的機械變形(拉伸或壓縮)的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。因為金屬絲的電阻與材料的電阻率及其幾何尺寸(長度和截面積)有關(guān)，而金屬絲在承受機械變形的過程中，這三者都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化。15、答：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、遠(yuǎn)距測量和遙測；靈敏度高，測量速度快適合靜態(tài)、動態(tài)測量；可以測量多種物理量。16、答：電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性敏感元件在感受被測量時特產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。 粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻

36、應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 這樣，通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測量的大小了。17、答：壓阻效應(yīng)的解釋,依據(jù)HERMY關(guān)于半導(dǎo)體多能谷導(dǎo)帶價帶模型的公式,當(dāng)力作用于硅晶體時,晶體的晶格發(fā)生形變,它使載流子產(chǎn)生一個能谷到另一個能谷的散射,載流的遷移率發(fā)生變化,擾動了縱向和橫向的平均有效質(zhì)量,使硅的電阻發(fā)生變化.這個變化隨硅單晶的取向不同而不同。即硅的壓阻效應(yīng)與晶體取向有關(guān)。18、答：最為突出的是這種傳感器能直接輸出一個高電平、低阻抗的信號輸出電壓可達(dá)幾伏，它可以用普通的同軸電纜輸出信號，一般不需要再附加放大器，只有在測量低電平振動時，才需要再放大，并可很容易直接輸至示波器、帶

37、式記錄器、檢流計和其它普通的指示儀表。 另一個顯著的優(yōu)點是，由于采用石英晶片作壓電元件，因此在很寬的溫度范圍內(nèi)靈敏度十分穩(wěn)定，而且經(jīng)長期使用，性能也幾乎不變。19、答：電荷放大器是壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。它能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)10e+1010e+12，輸出阻抗小于100。五、計算題1、解：（1）應(yīng)在懸臂梁上下兩側(cè)各粘貼兩個應(yīng)變片，且粘貼位置相對稱。（2）2、解：單臂電橋非線性誤差：所以：，應(yīng)變式靈敏度系數(shù)3、解：（1）沿縱向粘貼時：由，（2）沿周向粘貼時：4、解：已知由得，所以5

38、、解：（1）(2)圓桶截面積應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變；應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變；滿量程時：（3）全受拉：所以6、解：（1）（2）（3）當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時：當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時：7、解：（1）所以：（2）令n=1，所以非線性誤差為：（3）減小非線性誤差的方法： 提高橋臂比：非線性誤差減小，由知，電橋的電壓靈敏度將降低，要使靈敏度不降低，必須相應(yīng)地提高供電電壓，電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制。 采用差動電橋。8、解： 應(yīng)變片組成半橋電路： R3、R4可以進行溫度補償。9、解：（1） (2) (3)采用差動電橋：半橋差動：， 全橋差動：，10、解：（1）所以

39、：（2）11、解：（1）單臂：（2）設(shè)R1、R2同受拉應(yīng)變，所以不能感受同極性應(yīng)變。設(shè)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變。12、解：要想有最大輸出，應(yīng)接成差動形式，上下各粘貼一個應(yīng)變片，感受拉、壓不同應(yīng)變。， ， 所以半橋差動：，所以13、解：（1）單臂：（2） 不能。同極性時，Uo=0（3） 四個臂全為應(yīng)變片，應(yīng)接成全橋差動電路。兩個受拉應(yīng)變，兩個受壓應(yīng)變。14、解：（1）全橋上下各粘貼兩個應(yīng)變片，且位置對稱。R1，R4貼上邊，R2，R3貼下邊。（2），所以：15、解：（1）R1為應(yīng)變片時屬于單臂（2）如R1，R2感受極性和大小相同，Uo=0。（3） 若R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變： 若R1受壓應(yīng)變，

40、R2受拉應(yīng)變：16、解：17、解：（1） （2）將電阻應(yīng)變片Rx置于單臂測量電橋，取其他橋臂電阻也為Rx。當(dāng)Rx有Rx的變化時，電橋輸出電壓為 ： 非線性誤差： （3）要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的2倍，則應(yīng)該在等強度梁的正反面對應(yīng)貼上兩個相同的應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂，形成半橋差動電橋，且取其他橋臂電阻也為Rx。 此時， 要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的4倍，則應(yīng)該在等強度梁的正反面對應(yīng)貼上四個相同的應(yīng)變片，2個受拉應(yīng)變，2個受壓應(yīng)變，形成全橋差動電橋。 此時， 18、解：交流電橋如上圖所示。工作應(yīng)變片和補償應(yīng)變片分別加在橋臂Z1和Z2上。由于電源為交流，應(yīng)變片

41、引線分布電容使得橋臂呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個電容（C1，C2），每個橋臂的復(fù)阻抗為：（1） 交流電橋的開路輸出電壓為： 要滿足電橋平衡條件，則有： 將（1）式代入可得： 整理可得：令其實部、虛部分別相等，就可得到交流電橋的平衡條件： 19、解：20、解：21、解：（1）（2）22、解：由題意得應(yīng)變片電阻相對變化量。根據(jù)材料力學(xué)理論可知：應(yīng)變?yōu)樵嚰軕?yīng)力應(yīng)變 應(yīng)變片靈敏度系數(shù)23、解：由圖(a)所示四片相同電阻應(yīng)變片貼于等強度梁上、下面各兩片；當(dāng)重力F作用梁端部后，梁上表面R1和R3產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化而下表面R2和R4則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，其應(yīng)變絕對值相等，即電阻相對變化量

42、為現(xiàn)將四個應(yīng)變電阻按圖(b)所示接入橋路組成等臂全橋電路，其輸出橋路電壓為24、解：相對靈敏度 解得 為所求。25、證明：，且 近似處理，忽略分母中，則六、綜合分析設(shè)計題1、解： （1）設(shè)用電阻應(yīng)變片作測量電橋的測量臂，其他橋臂電阻初值為100。 設(shè)當(dāng)有R1的變化時，電橋輸出電壓為： 非線性誤差： 應(yīng)變片粘貼測量電橋（2）應(yīng)該在懸臂梁的正（反）面沿梁的長度方向軸向貼測量應(yīng)變片，沿與梁的長度方向軸垂直的方向貼溫度補償應(yīng)變片，使得測量應(yīng)變片和溫度補償應(yīng)變片處于同一溫度場中，如圖所示。（3）要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的4倍，則應(yīng)該在懸臂梁的正反面對應(yīng)貼上四個相同的應(yīng)變片，2個受拉應(yīng)變，2個受壓應(yīng)變，形成全橋差動電橋，見圖。此時， 測量電橋應(yīng)變片粘貼 2、解：應(yīng)變片粘