传感器与智能检测技术（中篇共上中下3篇）

传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.1.1电位器式传感器的结构及工作原理4.1.2电位器式传感器的应用0102■4.1.2电位器式传感器的应用

1.电位器式传感器的结构及工作原理1)工作原理1.电位器式传感器的工作原理2)类型伺服电位器滑动电位器双轨滑动电位器双轨电位器同心电位器电机滑动电位器电位器旋钮多圈电位器单圈电位器数字电位器2.电位器式传感器的应用线性运动方向电位器式传感器位移或液位检测2.电位器式传感器的应用压力与张力检测电位器从动臂电位器2.光纤传感器的应用其他应用人机界面(HMI)在移动设备上拨号调光机构触摸屏机器人控制车速或转向控制工业/商业过程库存管理防盗管理控制或调整机械过程的吞吐量液位监测（例如油箱）医疗测量注射器中的药物体积吸入器剂量跟踪深度感应电位器式传感器的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理及类型：

线位移、角位移-->电阻-->电信号测量参数：

能导致电位器电刷位移或阻值变化的参数，如位移、压力、液位等注意事项：

部分类型存在摩擦，易磨损；适合测量缓变物理量，可测量几~几百毫米（线）位移或0~360o角位移避免过载。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.2.1自感式传感器4.2电感式传感器0102■4.2.3

自感式与差动变压器式传感器的应用

■4.2.1差动变压器式传感器■4.2.4电涡流式传感器及其应用04031.自感式传感器a)气隙型

b)截面型

c)螺管型自感式传感器原理图变气隙型传感器变截面型传感器1.自感式传感器变隙式自感传感器灵敏度对式（5.2.13）作线性化处理，忽略高阶无穷小，可得：

非线性误差变气隙型电感传感器的最大优点是灵敏度高，其主要缺点是线性范围小，自由行程小，制造装配困难，互换性差，因而限制了它的应用δL（b）L-δ关系曲线1.自感式传感器变截面式自感传感器传感器气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变，设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为灵敏度变面积式自感传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输入与输出呈线性关系,因此可望得到较大的线性范围。但是与变气隙式自感传感器相比，其灵敏度降低。SLL-S关系曲线1.自感式传感器螺线管式自感传感器1-螺线管线圈Ⅰ；2-螺线管线圈Ⅱ；3-骨架；4-活动铁芯

实际上由于线圈内部的磁场是不均匀的，电感量的增量ΔL与△lc存在着非线性。但当衔铁的位移不大时，仍可将ΔL与△lc的关系近似看作是线性的。1.自感式传感器16差动电感传感器的特点

在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。

请分析：灵敏度、线性度有何变化曲线1、2为L1、L2

的特性，3为差动特性1-差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件

1.自感式传感器图5.2.9电感电桥自感式传感器的转换电路

图5.2.10差动自感式传感器的变压器电桥在实际测量时，△R／R0一般都很小，故要求电感线圈有较大的Q值。当Q值很大时当电感线圈的Q值较大时，1.自感式传感器自感式传感器的转换电路

若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。图5.2.12相敏整流电桥电路原理图a）非相敏检波b）相敏检波1—理想特性曲线

2—实际特性曲线

2.差动变压器式传感器差动变压器式传感器原理图N1R22LS1M1M2LS2R21R1～～～U21U22(a)、(b)变隙式差动变压器；(c)、(d)螺线管式差动变压器；(e)、(f)变面积式差动变压器2.差动变压器式传感器差动变压器输出电压特性曲线2.差动变压器式传感器转换电路差动整流电路(a)TR0△X(b)TR0△X半波整流电压输出半波整流电流输出2.差动变压器式传感器（c）全波整流电压电路T△xR0（d）全波整流电流输出C5T△xR013684b2aCcd7910112.差动变压器式传感器

容易做到输出平衡，便于阻抗匹配。图中比较电压Ｕ0和Ｕ１同频，经过移相器使Ｕ0和Ｕ１保持同相或反相，且满足Ｕ0＞＞Ｕ１。二极管相敏检波电路D2i4u01u02-R+RLRD3D1D4RRT1T2i3+-U21U22-+-+UL

相敏检波前后的输出特性曲线x0ULx0UL（a）（b）3.自感式与差动变压器式传感器的应用微小位移测量1－测端2－防尘罩3－轴套4－圆片簧5－测杆6－磁筒7－磁芯8－线圈9－弹簧10－导线U0输出x铁芯N21N1N22rU1差动变压器式线性传感器自感式螺旋测微器测量范围为um~mm级；非线性度为0.1～0.5%；分辨力可达≤1μm3.自感式与差动变压器式传感器的应用布料张力测量3.自感式与差动变压器式传感器的应用直径分选滚柱直径分选装置1－气缸2－活塞3－推杆4－被测滚柱5－落料管6－电感测微器7－钨钢测头8－限位挡板9－电磁翻板10－滚柱的公差分布11－容器（料斗）12－气源处理三联件3.自感式与差动变压器式传感器的应用力/压力的检测1－线圈2－衔铁3－弹性元件波纹膜盒3.自感式与差动变压器式传感器的应用加速度与圆度的测量加速度a方向1211-弹性支承2-差动变压器

差动变压器式加速度传感器的结构原理图(b)(c)电感式圆度计(a)电感传感器外形；(b)测量装置；(c)圆度比较过程1-被测工件；2-旁向式电感测微头；3-电感传感器

自感式与差动变压器式传感器传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理及类型：

线位移、角位移-->电感-->电信号测量参数：

角位移、微小线位移及其相关参数，如尺寸、圆度、力、加速度等注意事项：

避免电磁干扰；选择合适的工作频率（高频）；避免金属遮挡。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.2.1自感式传感器4.2电感式传感器0102■4.2.3自感式与差动变压器式传感器的应用

■4.2.2差动变压器式传感器■4.2.4电涡流式传感器及其应用04031.电涡流式传感器的工作原理高频反射式涡流传感器涡流的产生

涡流产生的必要条件：①存在交变磁场；②导体处于交变磁场中。涡流产生的必要条件：1.电涡流式传感器的工作原理电涡流在日常生活中的应用——电磁炉锅具与励磁线圈的距离增大时，电涡流减小，产生报警信号，停止励磁。电涡流在工业中的应用——中频炉1.电涡流式传感器的工作原理电涡流与激励电流的关系曲线电涡流密度轴向分布曲线1.电涡流式传感器的工作原理低频透射式涡流传感器图5.2.42感应电势与厚度关系曲线图事实上，M中电涡流I2的大小，除了与M的厚度t有关外，还与M的电阻率ρ以及M的化学成分和物理状态（特别是温度）有关，由此引起相应的误差，并限制了测厚的范围，但可以采用样块校正和恒温的办法进行补偿。1.电涡流式传感器的工作原理线圈的等效阻抗Z是一个多元函数，可表示为图5.2.39电涡流传感器等效电路图线圈的等效电阻为线圈的等效电感为线圈的等效Q值为2.电涡流式传感器的转换电路调幅（AM）式电路4根曲线与f0的交点决定调幅电路的输出电压0－探头与被测物间距很远时1－非磁性金属、间距较大时2－非磁性金属、间距较小时（Q值降低）

3－磁性金属、间距较小时（铁磁损耗较大，Q值大幅降低）2.电涡流式传感器的转换电路调频（FM）式电路当电涡流线圈与被测体的距离x变小时，电涡流线圈的电感量L也随之变小（非铁质），同时引起LC振荡器的输出电压及频率变高。如果希望用模拟仪表进行显示或记录时，使用“鉴频器”，可以将

f转换为电压

Uo

。3.电涡流式传感器的应用位移、电阻率、磁导率、厚度、尺寸激励线圈的工作电流频率高准确度测位移相关参量要求：对象为导体；对象固定；逐点标定；线性化处理；温度补偿；3.电涡流式传感器的应用位移测量电涡流式传感器位移测量原理图(a)主轴轴向位移测量;(b)阀位移;(c)热膨胀系数1-被测件；2-传感器探头3.电涡流式传感器的应用位移测量1—旋转设备（汽轮机）2—主轴3—联轴器4—电涡流探头5—夹紧螺母6—发电机7—基座轴向位移的监测静态位移标定1—探头夹具2—电涡流探头3—标准圆片状试件4—千分尺测杆5—千分尺套筒6—套筒定螺钉7—千分尺8—底座9—水平调节垫脚3.电涡流式传感器的应用振动测量图4.22电涡流式传感器振动测量原理图(a)监控主轴的径向振动;(b)测量汽轮机涡轮叶片的振幅;(c)绘制轴振形图3.电涡流式传感器的应用主轴膨胀检测主轴轴向和径向的振动发动机顶盖和缸体的间隙活塞的运动气门升程检测结合工作目的，解释工作过程和原理。3.电涡流式传感器的应用厚度测量t＝D－(x1＋x2)3.电涡流式传感器的应用转速测量无损探伤激励线圈产生电磁场电涡流检测仪（电涡流传感器）缺陷信号3.电涡流式传感器的应用金属探测电涡流式通道金属安全检查门原理根据人体基本结构，将安检门划分为6个探测区域，可进行100级灵敏度的调整，根据实际应用状况，预先设定灵敏度的级别。最高灵敏度可探测到一枚回形针大小的金属，也可以检测皮带扣、钥匙、首饰、硬币等物品。3.电涡流式传感器的应用30~300GHz毫米波安测门(扩展)低剂量X光扫描安检门(扩展)3.电涡流式传感器的应用应用总结电涡流式传感器的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理：

导体表面的涡流效应测量参数：

微小位移及其相关参数，如厚度、振动、转速、表面缺陷等注意事项：

避免磁场干扰；选择合适的工作频率（高频）；避免表面污染；避免过载。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.2.1电容式传感器的工作原理和特性4.2电容式传感器0102■4.2.2电容式传感器的转换电路■4.2.3电容式传感器的应用031.电容式传感器的工作原理和特性

S——极板相对覆盖面积；

d——极板间距离；

εr——相对介电常数；

ε0——真空介电常数，；

ε——电容极板间介质的介电常数。dSε变极距(δ）型:(a)、(e)；变面积型(S)型:(b)、(c)、(d)、(f)、(g)（h）；变介电常数(ε)型:（i）～(l)；1)工作原理及类型1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（1）变极距型电容传感器C与△d

呈非线性关系若△d/d<<1时，则式（5.4.3）可简化为若极距缩小△d

==>最大位移应小于间距的1/10初始电容在实际应用中，采用差动式改善其非线性1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（1）变极距型电容传感器图5.5.6差动变极距电容式传感器图5.3.6变极距型电容式传感器（含固体介质）常用的固体介质为云母片或塑料膜。云母的介电系数为空气的7倍，云母的击穿电压不少于103kV／mm（空气的击穿电压仅为3kV／mm）。因此有了云母片，极板之间的距离可大大减小，还能提高电容式传感器的灵敏度。1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（2）变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移△x时，其电容变化量△C为△C与△x间呈线性关系1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（2）变面积型电容传感器当θ=0时当θ≠0时传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系电容式角位移传感器1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

变极距(δ）型:(a)、(e)变面积型(S)型:(b)、(c)、(d)、(f)、(g)（h）变介电常数(ε)型:（i）～(l)1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（3）变介质型电容传感器A.变介电常数型

N2和N3与介质层相对厚度的关系曲线这类传感器常用来测量介质的介电常数和监测材料的性能变化等。变介质型电容式传感器1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（3）变介质型电容传感器B.变介质体积型初始电容电容式液位传感器电容与液位的关系为：可见，传感器的电容量正比于液位的高度h1.电容式传感器的工作原理和特性2)电容式传感器的工作特性

（3）变介质型电容传感器B.变介质体积型当L=0时，若传感器的初始电容b0为极板的宽度

当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为2.电容式传感器的转换电路桥式转换电路变压器电桥

二极管双T电桥2.电容式传感器的转换电路差动脉冲宽度调制电路的原理图

运算放大器测量电路

调频测量电路原理图3.电容式传感器的应用位移/振动测量a)测振幅被测物振动电容式传感器b)测轴回转精度和轴心偏摆被测轴电容式传感器3.电容式传感器的应用油量测量1－油箱2－圆柱形电容器3－伺服电动机4－减速箱5－油量表当油箱中无油时，电容传感器的电容Cx0为最小值。此时应使电桥输出为零。油量表调零过程如下：首先断开减速箱与RP的机械连接，将RP人为地调到零，即：电位器RP的滑动臂位于0点。此时R3=R4。再调节半可变电容C0，使C0=Cx0；此时，电桥满足：

当油箱中注入油，液位上升至h处，Cx=Cx0+ΔCx，ΔCx与h成正比。3.电容式传感器的应用厚度测量刹车盘厚度晶片厚度金属层3.电容式传感器的应用差压/压力测量镀金表面（固定板）拉伸不锈钢膜片（活动）三端输入川仪eja110智能差压变送器如何实现压力测量？3.电容式传感器的应用角速度测量3.电容式传感器的应用加速度测量3.电容式传感器的应用加速度测量加速度传感器在汽车中的应用装有传感器的假人正面100%碰撞测试1/4碰撞测试气囊3.电容式传感器的应用组合惯性传感器6DOFMEMS惯性传感器单轴MEMS陀螺仪单轴陀螺仪和双轴低g加速度计3.电容式传感器的应用转速测量力/重量测量F绝缘材料动极板定极板极板支架弹性体3.电容式传感器的应用指纹识别物体靠近检测光学指纹识别如何实现？3.电容式传感器的应用容栅传感器(扩展).主要应用于量具、量仪和机床数显装置。角位移容栅传感器已在电子数显千分尺及机床分度盘中应用。线位移容栅传感器已在电子数显卡尺、数显深度尺、数显高度尺、机床数显标尺中应用电容式传感器的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理：

测量参数：

微小位移及其它能使电容变化的参数，如差压、压力、厚度、

振动、转速、角速

度等注意事项：

保持清洁；避免电磁干扰、机械振动、过载等。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术蝙蝠能发出和听见超声波；蝙蝠依靠超声波捕食导入导入左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.4.1超声波及其物理性质4.4

超声波传感器0102■4.4.2超声波传感器结构及分类■4.4.4超声波传感器的应用0403■4.4.3超声波传感器的发射和接收电路1.超声波及其物理性质1）机械波次声波：f<20HZ波长大传播远穿透力强1.超声波及其物理性质可闻声波：频率在20Hz~20kHz之间，能为人耳所闻的机械波。美妙的音乐，可以使人心情愉悦。1）机械波1.超声波及其物理性质超声波：高于20kHz的机械波。指向性好、能量集中。1）机械波超声清洗超声探测1.超声波及其物理性质2）超声波的波形声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波的波型也不同。通常有：①纵波（LongitudinalWave）：质点振动方向与波的传播方向一致的波，它能在固体、液体和气体介质中传播；

②横波(TransverseWave)：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播；1.超声波及其物理性质2）超声波的波形④板波(Platewave,LambWave):声波传播在当板较薄时，板的两个边界面都会有影响，声波在两个自由边界上均会发生反射，叠加后形成。兰姆波又分为对称型(S型)和非对称型(A型)，指因物体两平行表面所限而形成的纵波与横波知组合的波，它在整个物体内传播，质点作椭圆轨迹运动。板波示意图上方为s模，下方为a模。

③表面波（SurfaceWave）：能量集中于表面附近的弹性波，质点的振动介于横波与纵波之间。在固体表面的平衡位置作椭圆轨迹沿着固体的表面向前传播的波，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，表面波只在固体的表面传播。1.超声波及其物理性质3）超声波的声速、波长及指向性（1）声速：

超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。超声波在气体和液体中传播时，由于不存在剪切应力，所以仅有纵波的传播，其传播速度c为式中：ρ(T)——介质的密度；Bn(T)——绝对压缩系数。在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为E—杨氏模量；

—泊松比；G—剪切弹性模量。纵波横波表面波1.超声波及其物理性质3）超声波的声速、波长及指向性(2)波长超声波的波长λ与频率f的乘积等于声速CC＝λf

(3)指向性超声波声源发出的超声波束是以一定的角度向外扩散的。如右图所示。在声源的中心轴线上声强最大，随着扩散角度的增大声强逐步减小。半扩散角、声源直径D以及波长λ之间的关系为：

sinθ＝1.22λ/D

1.超声波及其物理性质3）超声波的反射与折射(1)反射定律：sinα/sinαr=c1/cr(2)折射定律：sinα/sinβ

=

c1

/cs3）反射系数

反射声强Ir与入射声强Ii之比，称为反射系数r，即

r==当超声波垂直入射时，α＝β＝00，上式可简化为r=

由上式可知，当两种介质的声阻抗相差越悬殊，反射系数越接近于1，即反射能力就越强,折射能力相对越弱。4）折射系数

折射声强Ip与入射声强Ii之比称为折射系数p，p=1-r

1.超声波及其物理性质4）超声波的衰减

声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为式中：Px、Ix——距声源x处的声压和声强；

x——声波与声源间的距离；

α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。

声波衰减原因：扩散衰减：随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减：超声波在介质中传播时，固体介质中颗粒界面或流体介质中悬浮粒子使声波产生散射，一部分声能不再沿原来传播方向运动，而形成散射。吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。1－超声探头2－耦合剂

3－试件4－被测试点2.超声波传感器的结构及分类超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。(a)正压电效应 (b)逆压电效应

超声波发送器——利用逆向压电效应制成，即在压电元件上施加电压，元件就变形（也称应变）引起空气振动产生超声波，超声波以疏密波形式传播，传送给超声波接收器。超声波接收器——利用正向压电效应制成，即接收到的超声波促使接收器的振子随着相应频率进行振动，由于存在正向压电效应，就产生与超声波频率相同的高频电压。超声波发送器：把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。超声波接收器：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。(a)磁致伸缩效应效应(b)电磁感应2.超声波传感器的结构及分类液体、固体超声波探头a）单晶直探头

b）双晶直探头 c）斜探头1－接插件2－外壳3－阻尼吸收块4－引线5－压电晶体6－保护膜7－隔离层8－延迟块9－有机玻璃斜楔块10－耦合剂11－试件

根据探头的结构不同，液体、固体超声波传感器可以分为：a)直探头、b)斜探头、c)双探头、d)水浸探头等类型，这些探头适用于以液体、固体为传导介质。空气超声波探头a）

超声发射器b）超声接收器

1—外壳2—金属丝网罩3—锥形共振盘4—压电晶片5—引脚6—阻抗匹配器7—超声波束3.超声波传感器的发射和接收电路数字式超声波振荡电路0.1μF采用集成运放的超声波接收电路4.超声波传感器的应用原理：压电式、磁致伸缩式、电磁式使用形式：直射型、反射型，兼用型1.时间差Δt：超声波发射和接收的时间差影响因素：超声波自身传播速度（超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关，这两者受温度影响）；流体运动速度（流体中传播时）c--波在该介质中的行进速度；vo--观察者(Observer)移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号,反之则为-号；vs--发射源(Source)移动速度，若接近观察者则前方运算符号为-号，反之则为+号。2.频率差Δf：超声波发射频率f1和接收信号的频率f2之差异

(多普勒效应)4.超声波传感器的应用位移测量超声波/激光/毫米波雷达有何异同点？4.超声波传感器的应用液位/物位测量堆置高度检测物件放置错误检测机械手定位平整度测量如何克服温漂？4.超声波传感器的应用液位/物位测量4.超声波传感器的应用液位/物位测量

例超声波液位计原理如图所示，从显示屏上测得t0=2ms，th1=5.6ms。已知水底与超声探头的间距h2为10m，反射小板与探头的间距h0为0.34m，求液位h。解：

所以液位h为h=h2-h1=(10-0.95)m=9.05m1—液面2—直管3—空气超声探头

4—反射小板5—电子开关

4.超声波传感器的应用速度/流量测量车速测量风风速测量流量测量（时间差法+频率差法+相位差法）4.超声波传感器的应用产品计数/存在检测光盘计数鱼群探测潜艇探测4.超声波传感器的应用温度测量密度测量主控器发射电路探头反射板控制电路时钟电路计数器放大整形接收波发射波如何测物体表面温度？4.超声波传感器的应用防盗报警

图中的上半部分为发射电路，下半部分为接收电路。发射器发射出频率f=40kHz左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速度为v，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移

f。

4.超声波传感器的应用超声探伤表面波探伤纵波探伤横波探伤

缺陷波形(a)穿透法；(b)一次脉冲反射法；(c)多次脉冲反射法4.超声波传感器的应用超声探伤C型超声探伤B型超声探伤A型超声探伤还有哪些无损探伤方式？4.超声波传感器的应用无损探伤（扩展）

对缺陷的检测手段有破坏性试验和无损探伤。由于无损探伤以不损坏被检验对象为前提，所以得到广泛应用。

无损检测的方法：

铁磁材料采用磁粉检测法导电材料采用电涡流法非导电材料采用荧光染色渗透法

放射线（x光、中子）照相检测法超声波探伤法

表面探伤内部探伤磁粉检测仪工业X光机探伤检测设备超声波传感器的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理：

直射型、反射型、兼用型；时间差法、频率差法、相位差法测量参数：

位移、速度及其相关参数，如液位、物位、温度、密度等注意事项：

温漂；避免声波/电磁波干扰；使用合适探头。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.5.1编码器及其应用4.5

数字式位移传感器0102■4.5.2光栅传感器■4.5.4其他电磁感应式位移传感器0403■4.5.3磁栅传感器直接测量与间接测量

随动刀具110光栅读数头

光栅尺

随动刀具码盘1.编码器的工作原理

（4位）绝对式（光电式）编码器分辨力：α=360°/2n

增量式（光电式）编码器分辨力：α=360°/n

2.编码器的安装安装套(a)编码器的套式安装安装轴(b)编码器的轴式安装3.编码器的应用转速/转角测量ts

m1M法测速（高转速测量）

编码器每转产生N个脉冲，在ts

时间段内有m1

个脉冲产生，则转速（r/min)为： n=60m1/（Nts）

编码器输出脉冲

T法测速（低转速测量）

编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2

，则转速(r/min)为 n=60fc/（Nm2）

时钟脉冲fc

m2

···3.编码器的应用转速/转角测量例题：T

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：

n=60×65536/（1024×5）r/min=768r/min

m13.编码器的应用转速/转角测量伺服电机控制原理图编码器3.编码器的应用工件定位/选刀控制1—绝对式编码器2—电动机3—转轴4—转盘5—工件6—刀具编码器的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理：

接触式和非接触式（光学式、磁式、感应式和电容式）；绝对式和增量式。测量参数：

角位移、转速及其相关参数，如线速度、位置等注意事项：

温漂；避免声波/电磁波干扰；使用合适探头。感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.5.1编码器及其应用4.5

数字式位移传感器0102■4.5.2光栅传感器■4.5.4其他电磁感应式位移传感器0403■4.5.3磁栅传感器直接测量与间接测量

随动刀具121光栅读数头

光栅尺

随动刀具1.光栅传感器反射式光栅透射式（直线）光栅计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。1.光栅传感器扫描头（与移动部件固定）光栅尺可移动电缆光栅的外形及结构（续）1.光栅传感器莫尔条纹原理（a）

莫尔条纹的形成；

（b）

莫尔条纹的宽度

横向莫尔条纹的宽度B与栅距W和倾斜角θ之间的关系（当θ角很小时）光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目(等于波形变化的周期数)N，即可得出光栅的位移量x=N·W。1.光栅传感器光栅尺在机床导轨上的安装光栅在数控镗铣床上的安装数显表1.光栅传感器防护罩内为直线光栅光栅扫描头被加工工件切削刀具角编码器安装在夹具的端部安装有直线光栅的数控机床加工实况

2.磁栅传感器磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可超过十几米，抗干扰能力强。磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔2.磁栅传感器磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示2.磁栅传感器双磁头结构

双磁头是为了识别磁栅的移动方向而设置的，其结构如图9－87所示。两磁头按(m±1／4)λ配置（m为正整数），它们的输出电压分别是

2.磁栅传感器多间隙磁头

2.磁栅传感器3.感应同步器4.旋转变压器

定子绕组绕转子绕组转子整流子电刷接线柱感谢观看主讲老师：沈燕卿教授传感器与智能检测技术左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道。--《史记·夏本纪》■4.6.1接触式物位传感器4.6

物位传感器0102■4.6.2接近开关的类型及工作原理■4.6.4接近开关的选型及应用0403■4.6.3接近开关的特点及主要性能指标物位传感器

物位传感器(Positionsensor)，又称位置传感器，是指能感受被测物的位置并转换成可用输出信号（一般为开关量）的传感器。物位传感器主要分为接触式和非接触式（接近式）两大类。1.接触式物位传感器这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成。

它主要有以下两种：一是微动开关物位传感器，常用于检测物体位置；二是二维矩阵式物位传感器，它一般用于机械手掌内侧，可检测自身与某一物体的接触位置。此类传感器具备结构简单、成本低廉等优点，2.接近开关的类型及应用开关量输出非接触式测位移电涡流式电容式霍尔式光电式......2.接近开关的类型及应用磁簧开关无需电源，磁场供能；响应速度快、维护成本低、安装方便、适用性广、防爆性能好；常用于工业自动化、电力电气、仪器仪表等领域；也可用于安全门、风扇、温度控制等各种场合的开关控制。2.接近开关的类型及应用电感式（电涡流式）接近开关电涡流效应只能感应导体（金属等）；检测距离远、响应速度快、抗干扰能力强、维护成本低；广泛应用于工业自动化领域中的位置检测、工件计数、机器人导航等领域。2.接近开关的类型及应用

电感式（电涡流式）接近开关使用注意事项:1.请勿将电感接近开关置于0.02T以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。2.多个接近开关同时使用时，相互距离应大于2倍直径。3.为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，负载电流不能超过额定工作电流。核定工作电压是否为额定值。4.接近开关连接电感性负载时，务必在感性负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。5.如果误将PNP接近开关按NPN接近开关接线，接近开关尾部的“动作指示灯”不会亮。2.接近开关的类型及应用电容式接近开关适合测量非金属物体，如塑料、纸张、玻璃、陶瓷等具有一定介电常数的物体，以及带电物体或电介质物体的接近、存在或缺失等状态。响应快、检测距离较远、适用性广；常用于智能家居、电子设备等领域的液/物位检测等场合；dSε2.接近开关的类型及应用电容式接近开关塑料盒检测硅片检测散装颗粒检测2.接近开关的类型及应用霍尔式接近开关霍尔电动势VH恒定电流I霍尔元件霍尔效应适合测量磁场参数，如磁场的存在、方向、大小等，通常用于检测磁性物质或检测磁场变化的位置、速度等信息。响应快、灵敏度高、抗干扰能力强；常被应用于工业自动化、机械控制、电子设备等领域，例如检测传送带上运输的金属或塑料零件、检测液位传感器中的磁簧位置等。2.接近开关的类型及应用霍尔式接近开关伸缩支腿位置检测油缸行程检测液位检测2.接近开关的类型及应用光电式/热释电式接近开关常用反射式或遮断式，可检测不同物体的存在、材料、表面和色彩等。快速、灵活、高效、精确；适用范围广：机床加工行业：检测工件的位置和大小，实现自动化加工控制；自动化生产线：检测物体位置和运动状态，实现自动化控制和监测；电子设备行业：检测各种电子设备中的部件位置和状态，例如打印机的纸张传送状态、复印机的文档传送状态等。反射式辐射式吸收式遮断式2.接近开关的类型及应用光电式接近开关存在检测色标检测边缘检测综合检测如何实现？2.接近开关的类型及应用超声波/微波接近开关可测能反射波的对象距离、位置、速度等；高精度、高灵敏度、高可靠性；适用范围广：机器人：用于机器人的避障和定位控制；自动化生产线：物料和工件的运输、定位和检测；门禁系统：门禁系统中的自动门开关控制，以及人员进出检测；汽车制造：测量车身和车轮的位置和距离，以及控制机器人的操作。超声波的反射2.接近开关的类型及应用电磁感应式接近开关电磁感应式接近开关工作原理图基于电磁感应原理工作，对象通常为运动磁体；高精度、适应性强、高可靠性，不受颜色、表面、光泽等影响；适用范围广：金属加工：如检测工件是否到位、刀具磨损状态等。自动化生产线：检测输送带上的物体、机器人操作时的定位等。物流运输：检测货物、集装箱等物体是否到位、是否缺失等。汽车制造：检测车门的开关状态、刹车系统的工作状态等。3.接近开关的特点及主要性能指标与机械开关相比，接近开关具有如下特点：（1）非接触检测，不影响被测物的运行工况；（2）不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长；（3）响应快，一般响应时间可达几毫秒或十几毫秒；（4）采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强；（5）无触点、无火花、无噪声，所以适用于要求防爆的场合（防爆型）；（6）输出信号大，易于与计算机或PLC等连接；（7）体积小，安装、调整方便。它的缺点是“触点”容量较小，输出短路时易烧毁。3.接近开关的特点及主要性能指标1.动作（检测）距离:动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。

2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的0.8倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。

3.复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被测物的距离，它略大于动作距离。

4.回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。3.接近开关的特点及主要性能指标

5.响应频率f：按规定，在1秒的时间间隔内，接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。

响应时间t：接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。

可用公式换算：

t=1/f4.接近开关的选型建议对于不同的材质的检测和不同的检测距离。应选择不同的接近开关，选型应遵守以下原则：●当检测金属材料时，应选用高频振荡型电涡流式（电感式）接近开关，该类型接近开关对铁镍，A3钢类检测体检测最灵敏。●当检测为非金属材料时，如：木材，纸张，塑料，玻璃和水等，因采用电容式接近开关。●金属体和非金属体要进行远距离检测和控制时，因选用光电型接近开关或超声波型接近开关。●对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。

4.接近开关的选型建议●一般的工业生产场所，通常都有涡流式接近开关和电容式接近开关，因为这两种接近开关对环境的要求低。●在环境条件比较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。●在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。无论选用哪种接近开关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。接近开关的应用传感器与智能检测技术传感器应用技术检测原理及类型：

电涡流式、电容式、霍尔式、光电式、超声波式等。测量参数：

位移及其相关参数；注意事项：

妥善选型；安装调试；环境温度；定期维保。感谢观看传感器与智能检测技术项目5力学状态的感知与评估力敏传感器指对力学量敏感的一类器件或装置。1.直接测量对象应变ε按工作原理分：①应变式力敏传感器②压阻式力敏传感器③电感式力敏传感器④电容式力敏传感器⑤压电式力敏传感器⑥谐振式力敏传感器■5.1.1结构和工作原理5.1 电阻应变式传感器020401■5.1.3温漂及补偿■5.1.5电阻应变式传感器的应用■5.1.2布片和组桥03力可以改变物体的形状和运动状态。通过应变检测，探究形变原因，分析构件受力状况和工作状态。■5.1.4选用与粘贴051.应变片的构成及工作原理

金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。1.应变片的构成及工作原理1、应变效应

当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。设有一根长度为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻为R图1导体受拉伸后的参数变化1.应变片的构成及工作原理物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。KS由两部分组成：(1)前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起（即“应变效应”），一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；(2)后一部分为，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。应变效应：对金属材料，以前者为主，则KS≈1+2μ；实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变ε成正比。通常KS在1.6～4.8范围内。压阻效应：对半导体，KS值主要由电阻率相对变化所决定。1.应变片的构成及工作原理应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用较多。1.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。1.应变片的构成及工作原理

2341电阻应变片结构示意图bl

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。

1-敏感栅 2、4-基底和盖片 3-引线

栅长栅宽1.应变片的构成及工作原理应变片的常见类型：金属丝式应变片金属箔式应变片金属薄膜式应变片1.应变片的构成及工作原理某系列应变片主要性能指标上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？

■5.1.1结构和工作原理5.1 电阻应变式传感器020401■5.1.3温漂及补偿■5.1.5电阻应变式传感器的应用■5.1.2布片和组桥03力可以改变物体的形状和运动状态。通过应变检测，探究形变原因，分析构件受力状况和工作状态。■5.1.4选用与粘贴052.应变片的布片和组桥在应变仪中，电桥将被测应变转化为电压输出，再经过放大、相敏检波、A/D转换等处理，最后显示被测应变数值。uiR2R3R1R4uo桥臂电阻R1、R2、R3、R4在力作用下所产生的阻值变化分别为

R1、

R2、

R3、

R4，若R1=R2=R3=R4

，且只考虑微应变，则：如果各桥臂应变片的灵敏度Sg相同，则有：abdc如何供电？直流OR交流？2.应变片的布片和组桥表中符号说明：Sg—应变片的灵敏度；ui—供桥电压；

—被测件的泊松比；

r—应交仪读数，即指示应变；

—所要测量的机械应变值。

拉伸（压缩）应变测量序号受力状态简图应变片数量电桥组合形式温度补偿情况电桥输出电压测量项目及应变值特点电桥形式电桥接法12半桥式R1与R2同温拉(压)应变

＝

r

不能消除弯矩的影响22互为补偿拉(压)应变

输出电压提高到(1+

)倍，不能消除弯矩的影响FFR1R2FFR1R2abcR1R22.应变片的布片和组桥表中符号说明：Sg—应变片的灵敏度；ui—供桥电压；

—被测件的泊松比；

r—应交仪读数，即指示应变；

—所要测量的机械应变值。序号受力状态简图应变片数量电桥组合形式温度补偿情况电桥输出电压测量项目及应变值特点电桥形式电桥接法34全桥式R1R2

R'1

R'2四片同温拉(压)应变

＝

r/2输出电压提高一倍，且可消除弯矩的影响FFR1R2R'1R'2abcR1R2R'1R'2abcdR1R2R'1R'22.应变片的布片和组桥表中符号说明：Sg—应变片的灵敏度；ui—供桥电压；

—被测件的泊松比；

r—应交仪读数，即指示应变；

—所要测量的机械应变值。序号受力状态简图应变片数量电桥组合形式温度补偿情况电桥输出电压测量项目及应变值特点电桥形式电桥接法44全桥式互为补偿拉(压)应变

输出电压提高到2(1+

)倍，且可消除弯矩的影响abcR1R3R2R4abcdR1R3R2R4（续）FFR1R3R2(R4)R2R4FFR1(R3)2.应变片的布片和组桥

弯曲应变测量表中符号说明：Sg—应变片的灵敏度；ui—供桥电压；

—被测件的泊松比；

r—应交仪读数，即指示应变；

—所要测量的机械应变值。序号受力状态简图应变片数量电桥组合形式温度补偿情况电桥输出电压测量项目及应变值特点电桥形式电桥接法12半桥式R1与R2同温弯曲最大应变

＝

r

不能消除拉伸的影响22互为补偿弯曲最大应变

输出电压提高到(1+

)倍，不能消除拉伸的影响abcR1R2MMR1R2R1R2MMR2R12.应变片的布片和组桥表中符号说明：Sg—应变片的灵敏度；ui—供桥电压；

—被测件的泊松比；

r—应交仪读数，即指示应变；

—所要测量的机械应变值。序号受力状态简图应变片数量电桥组合形式温度补偿情况电桥输出电压测量项目及应变值特点电桥形式电桥接法32半桥式互为补偿弯曲最大应变

输出电压提高一倍，且可消除拉伸的影响44全桥式弯曲最大应变

输出电压提高到2(1+

)倍，且可消除拉伸的影响abcR1R2abcdR1R4R3R2MMR1R1R2(R2)R1R3R2(R4)R2R4R1(R3)MM2.应变片的布片和组桥

扭转应变测量MMR1R245°45°(a)45°45°

1

3(b)abR1R2RRcd(c)2.应变片的布片和组桥变形形式需测应变应变片粘贴位置电桥连接方法测量应变

与仪器读数应变

r间的关系备注拉︵压︶扭组合扭转主应变R1和R2均为工作片拉︵压︶R1、R2、R3、R4均为工作片

其他复杂受力状况下应变测量TTFFR1R2TTFFR1R2R3R4abcR1R2abcR2R1R3R4abcR1R3R4R2d2.应变片的布片和组桥变形形式需测应变应变片粘贴位置电桥连接方法测量应变

与仪器读数应变

r间的关系备注扭弯组合扭转主应变R1、R2、R3、R4均为工作片弯曲R1、R2均为工作片abcR1R2abcR1R2R3R4d（续）TTMMR1R2R3R4TTMMR2R13.电阻应变片的主要特性参数（续）敏感栅的栅长一般为0.2～100毫米；电阻为60～1000欧（最常用的为120欧和350欧）；测量范围为几微应变至数万微应变（）。（1）灵敏度系数实验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即

K为金属应变片的灵敏系数。测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的灵敏系数KS。原因：胶层传递变形失真，横向效应也是一个不可忽视的因素。3.电阻应变片的主要特性参数（2）横向效应金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化(除了ε起作用外)，应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分bOlεrrdldθθε0ε图为应变片敏感栅半圆弧部分的形状。沿轴向应变为ε，沿横向应变为εr

。横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向效应系数H。由上式可见，r愈小，l(L)愈大，则H愈小。即敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小。3.电阻应变片的主要特性参数（3）机械滞后

应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为机械滞后。产生原因：应变片在承受机械应变后，其内部会产生残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，如果敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。ΔεΔε1机械应变ε卸载加载指示应变εi应变片的机械滞后机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。

3.电阻应变片的主要特性参数（4）零点漂移和蠕变

零点漂移：对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。

蠕变：如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。

这是两项衡量应变片特性对时间稳定性的指标，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中包含零漂，它是一个特例。3.电阻应变片的主要特性参数（5）应变极限在一定温度下，应变片的指示应变对测试值的真实应变的相对误差不超过规定范围（一般为10%）时的最大真实应变值。在图中，真实应变是由于工作温度变化或承受机械载荷，在被测试件内产生应力(包括机械应力和热应力)时所引起的表面应变。εlim真实应变εz指示应变εi应变片的应变极限±10%主要因素：粘结剂和基底材料传递变形的性能及应变片的安装质量。制造与安装应变片时，应选用抗剪强度较高的粘结剂和基底材料。基底和粘结剂的厚度不宜过大，并应经过适当的固化处理，才能获得较高的应变极限。■5.1.1结构和工作原理5.1 电阻应变式传感器020401■5.1.3温漂及补偿■5.1.5电阻应变式传感器的应用■5.1.2布片和组桥03力可以改变物体的形状和运动状态。通过应变检测，探究形变原因，分析构件受力状况和工作状态。■5.1.4选用与粘贴054.电阻应变片的温度漂移及其补偿（1）温度漂移因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数αt；电阻丝材料(βg)与测试材料(βe)的线膨胀系数不同。温度变化形成的总电阻相对变化：

相应的虚假应变为

可见，应变片热输出的大小不仅与应变计敏感栅材料的性能(αt和βg)有关，而且与被测试件材料的线膨胀系数(βe)有关。4.电阻应变片的温度漂移及其补偿（2）温度补偿（自补偿法和线路补偿法）①

单丝自补偿应变片由前式知，若使应变片在温度变化Δt时的热输出值为零，必须使即每一种材料的被测试件，其线膨胀系数都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数和线膨胀系数满足上式的条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。

单丝自补偿应变片的优点是结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。4.电阻应变片的温度漂移及其补偿②双丝组合式自补偿应变片是由两种不同电阻温度系数（一种为正值，一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿的，如图。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即焊点RaRb补偿效果可达±0.45με／℃。4.电阻应变片的温度漂移及其补偿③

电路补偿法如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为

式中A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。USCR2R4R1R3E桥路补偿法由上式可知，当R3、R4为常数时，Rl和R2对输出电压的作用方向相反。利用这个基本特性可实现对温度的补偿，并且补偿效果较好，这是最常用的补偿方法之一。补偿应变片粘贴示意图R1R2为达到完全补偿，需满足下列三个条件：①R1和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏系数K都相同，两片的初始电阻值也要求相同；②用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等；③两应变片处于同一温度环境中。

4.电阻应变片的温度漂移及其补偿根据被测试件承受应变的情况，可以不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度，如图所示的贴法。构件受弯曲应力构件受单向应力R1R2FFR1R2（b）（a）F图(a)为一个梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2的阻值变化的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。(b)图是受单向应力的构件，将工作应变片R2的轴线顺着应变方向，补偿应变片R1的轴线和应变方向垂直，R1和R2接入电桥相邻臂，其输出为4.电阻应变片的温度漂移及其补偿

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。采用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。4.电阻应变片的温度漂移及其补偿另外也可以采用热敏电阻进行补偿。如图所示，热敏电阻Rt与应变片处在相同的温度下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻Rt的阻值下降，使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥输出电压。选择分流电阻R5的值，可以使应变片灵敏度下降对电桥输出的影响得到很好的补偿。USCR2R4R1R3ERtR5④线路补偿■5.1.1结构和工作原理5.1 电阻应变式传感器020401■5.1.3温漂及补偿■5.1.5电阻应变式传感器的应用■5.1.2布片和组桥03力可以改变物体的形状和运动状态。通过应变检测，探究形变原因，分析构件受力状况和工作状态。■5.1.4选用与粘贴05应变片的选择与粘贴（一）应变片的选择与准备(1)根据试件大小、工作温度和受力情况，选取合适的应变片；(2)用5～10倍的放大镜和万用表等选择没有短路、断路、汽泡等缺陷，并且要求表面平整、丝栅排列均匀的应变片；(3)量出所选取应变片的阻值，使阻值相近的应变片放在一起，应保证同组各应变片的阻值差不超过0.5Ω（0.1Ω），这样在测量时容易调整平衡。

仔细观察电阻应变片的样品，区别纸基、胶基等应变片及其结构，特别注意应变片在粘贴时的正反面区别。应变片的选择与粘贴（1）预清洗:根据试件的表面状况进行预清洗，一般采用有机溶剂脱脂除渍；（2）除锈、粗化: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。一般多采用砂布打磨法，除掉试件表面的锈渍使其露出新鲜的金属表层，以便使胶液充分浸润以提高粘贴强度，打磨面要大于应变片的面积（图2—1）；（二）试件的表面处理与划线图2-1试件的打磨与定位图2-2粘贴应变片后的试件应变片的选择与粘贴（3）划定位基准线根据应变片尺寸，利用钢板尺、高度尺、划线针或硬质铅笔划出确定应变片粘贴位置的定位基准线。划线时，不要划到应变片覆盖范围内；（4）清洗一般采用纯度较高的无水乙醇、丙酮等，用尖镊子夹持脱脂棉球蘸少量的丙酮粗略地洗去打磨粉粒，然后用无污染的脱脂棉球蘸丙酮仔细地从里向外擦拭粘贴表面，擦一次转换一个侧面再擦，棉球四面都用过，更换新棉球用同样的方法擦洗，直到没有污物和油渍为止。应变片背面也要轻轻擦拭干净，干燥后待用。应变片的选择与粘贴（三）粘贴在无灰尘的条件下，用清洗过的小螺丝刀蘸取少量KH—501（或502）胶液，在清洗好的试件粘贴表面和应变片背面单方向涂上薄而均匀的一层胶液(单方向涂抹，以防产生汽泡)，放置少许时间，将应变片涂胶一面与试件表面贴合，并注意应变片的定位标应与试件上的定位基准线对齐。在贴好的应变片上覆盖一层聚四氟乙烯薄膜用手指单方向轻轻按压，将余胶和气泡挤出压平。手指按压时不要相对试件错动，按压3～5分钟后，放在室温下固化待用。应变片的选择与粘贴（四）接桥１.将干燥固化后的应变片用数字万用表检查有无短路、断路现象，并测出应变片与试件之间的绝缘电阻；２.检查无误后，按图2—3焊接成半桥或全桥；３.用万用表检查绝缘及通路；４.用惠斯顿电桥或数字万用表测量两臂（半桥：AB、BC）或两对角（全桥：AC、BD），检查其阻值是否大致相等，最好不超过0.5Ω，否则应变仪不易调平衡。图2—3（a）串联半桥(b)半桥(C)全桥应变片的选择与粘贴(五)密封、防潮密封、防潮措施是为了保护粘贴后的应变片避免受到机械损坏，在使用过程中不受环境温度变化的影响，保持良好的绝缘性能。■5.1.1结构和工作原理5.1 电阻应变式传感器020401■5.1.3温漂及补偿■5.1.5电阻应变式传感器的应用■5.1.2布片和组桥03力可以改变物体的形状和运动状态。通过应变检测，探究形变原因，分析构件受力状况和工作状态。