項目二力檢測

完成本項目的學習后，能夠：1、了解彈性敏感元件的特性及要求。2、掌握電阻應變效應及半導體的壓阻效應。3、了解電橋電路的作用。4、掌握電阻應變片等力傳感器的測量電路。5、掌握壓電式傳感器的工作原理，理解其特點。6、了解力傳感器的應用。7、了解壓電式傳感器的應用。[學習目標]

任務1：電子地磅檢測重量

[任務背景]電子地磅秤，是廠礦、商家等用于大宗貨物計量的主要稱重設備。[相關知識]在二十世紀80年代之前常見的地磅秤一般是利用杠桿原理純機械構造的機械式地磅秤也稱作機械地磅。二十世紀80年代中期，隨著高精度稱重傳感器技術的日趨成熟，機械式地磅逐漸被精度高、穩定性好、操作方便的電子地磅秤所取代。一、測力傳感器的彈性敏感元件

彈性敏感元件把力或壓力轉換成了應變或位移，然后再由傳感器將應變或位移轉換成電信號。

相關知識點：（二）、彈性敏感元件的特性物體在外來因素作用下產生的形狀和尺寸的改變稱為變形。如果變形后的物體在外力去除后又恢復原來形狀的變形稱為彈性變形。具有彈性變形特性的物體稱為彈性敏感元件。①剛度②靈敏度（三）彈性敏感元件的基本要求及分類1.彈性敏感元件的基本要求①良好的機械特性（強度高、抗沖擊、韌性好、疲勞強度高等）和良好的機械加工及熱處理性能。②良好的彈性（彈性極限高、彈性滯后和彈性后效小等）。③良好的抗氧化性和抗腐蝕性。④應保證長期使用和溫度變化時的穩定性。2.彈性敏感元件的分類根據彈性敏感元件輸入量的不同，可以分為兩大類：

①變換力（力矩）的彈性元件這類彈性敏感元件大都采用等截面柱式、圓環式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結構。

②變換壓力的彈性敏感元件這類彈性敏感元件常見的有彈簧管、波紋管、波紋膜片、膜盒和薄臂圓筒等，它可以把流體產生的壓力變換成位移量輸出。二、電阻應變式傳感器

電阻應變式傳感器是利用電阻應變效應原理制成的，主要用于機械量的檢測中，如力、壓力等物理量的檢測。電阻應變效應是指導體或半導體材料在外力作用下產生機械變形時，它的電阻值也相應地發生變化，這一物理現象稱為電阻應變效應。1、電阻應變式傳感器的特點：

電阻應變式傳感器具有精度高、性能穩定、測量范圍寬、可制成各種機械量傳感器，并且結構簡單、體積小、重量輕，可在超低溫、強振動、強磁場等惡劣環境下工作等特點。

2.電阻應變式傳感器的外形3、金屬電阻應變式傳感器

考慮一段金屬導體（l,,S），如圖所示

圖金屬電阻應變效應

未受力時，原始電阻為

當受拉力F作用時，將伸長l，橫截面積相應減小S，電阻率ρ則因晶格變形等因素的影響而改變，故引起電阻變化R。將上式全微分，并利用相對變化量表示，則有式中，l/l=ε，為金屬導體電阻絲的軸向應變由于S=d2/4，則S/S=2d/d,其中d/d為橫向(縱向)應變；且由材料力學知，d/d=，式中為金屬材料的泊松比。將前面關系代入上式得

金屬電阻應變片的應變靈敏度為

對于金屬材料，/較小，可以略去；且=0.2～0.4，K≈1+2=1.4～1.8則，實際測得K≈2.0，說明(/)/項對K還是有一定影響。一般情況下，在應變極限內，金屬材料電阻的相對變化與應變成正比R/R=K?

應變片測試原理

使用應變片測量應變或應力時，將應變片牢固地粘貼在彈性試件上，當試件受力變形時，應變片電阻變化R。如果應用測量電路和儀器測出R，可得彈性試件的應變值

，而根據應力-應變關系：=E，可以得到被測應力值

。其中，E—試件材料彈性模量；—試件的應力；—試件的應變。

力F?應力?應變(=/E)?R通過彈性敏感元件的作用，可以將應變片測應變的應用擴展到能引起彈性元件產生應變的各種非電量的測量，從而構成各種電阻應變式傳感器。4、電毀阻應窮變片循的類編型及撿常用夢材料根據景應變窄片的區質地耽，主唐要有柴金屬留電阻鑰應變扁片和鉗半導簽體應刪變片狐兩大嘴類。（1）懸金蠅屬電啄阻應蹲變片此類序應變引片的混結構行形式累有絲式界、箔隆式和賭薄膜論式三種君。a、斃絲式果應變必片如下久圖a所示觸，它勿是將筑金屬直絲按超圖示題形狀致彎曲揉后用軍粘合攪劑貼醋在襯漫底上汪而成訂，基亞底可泊分為景紙基吼，膠督基和泥紙浸突膠基段等。聚電阻媽絲兩蔽端焊料有引費出線琴，使舅用時焦只要御將應遲變片贈貼于綠彈性屆體上戚就可婆構成郵應變剪式傳需感器壺。它結酷構簡棚單，都價格遺低，示強度歷高，孩但允扯許通俯過的既電流那較小目，測繪量精盆度較爹低，復適用窗于測觸量要機求不佳很高膚的場雁合使值用。b、國箔式井應變雜片該類賓應變腦片的糊敏感故柵是鏡通過刃光刻槐、腐覆蝕等謎工藝炊制成餡。箔偏柵厚自度一聯般在0.危00親3-脅0.得01蝴mm之間闊，它窩的結徐構如棋上圖b所示晝。箔競式應周變片賄與絲聲式應憶變片盈比較篇其面東積大驗，散候熱性錘好，另允許刊通過星較大研的電曠流。科由于題它的亞厚度厲薄，床因此獸具有燥較好宗的可喉繞性島，靈雷敏度將系數訊較高院。箔雜式應倒變片遺還可偵以根客據需榮要制賄成任廚意形甘狀，傍適合裕批量計生產摩。C、金弦屬薄刮膜應桿變片它是仙采用翼真空聰蒸鍍使或濺如射式塌陰極育擴散肌等方稿法，點在薄妻的基底材掠料上蹦制成憑一層斷金屬赴電阻勾材料傘薄膜依以形姓成應翻變片棗。這仆種應豪變片有忠較高術的靈陵敏度錘系數貿，允挽許電億流密涉度大抱，工句作溫箏度范律圍較抽廣。總而捧言之金屬株電阻菜式應眼變片甲一般籍是由棍蓋層棟、敏減感柵靜、基亦底及溉引線辰和粘戴結劑甩組成甘的，巧敏感道柵可石由金埋屬絲搜、金納屬箔蘋制成幟，它砌是轉勁換元重件，泥被粘番貼在治基底牙上。夕基底猴起絕珍緣作爆用，裝蓋層疫起絕晃緣保胳護作需用。引線翠起測攪量導黨線之考用。5、電醉阻應友變式傳感強器的濟測量柳電路應變問片的霉測量塑電路由前婆可知啦，應險變片他的電待阻變裹化值厚很微律弱，腐用萬加用表惡無法撫測量很，同脆時為尤了便拒于顯鑄示或替控制幅需將立Ｒ轉芽換成給Ｕ、倦Ｉ，軋所以蘿通常焦采用電橋作為口測量百電路必。由于尿應變閑片的粗應用灰非常陜廣泛醬，其今測量舊電路率已有寬很多貍種標掏準形慚式，隊稱為應變飽儀。根據歲供電慨電源福的不巾同，賊電橋麥又可環分為碰直流就電橋淡和交翠流電健橋兩探種。根據永電橋絹的讀況數方王法不耐同，女又分詢為兩革類：平衡腦電橋訓：精承度高朗，只凍適用繞于測叢量靜豪態參債數不平可衡電屑橋：嘩精度你較低知，使不用方周便，昂可測殊靜、謀動態負參數電阻鄭應變廚片的拜測量肅電路直流光電橋毒1.直流壁電橋胖平衡揚條件圖直流柿電橋當RL→∞時，庫電橋冠輸出扇電壓朗為當電濫橋平榨衡時帆，Uo=0，則有R1R4=R2R3或電橋償平衡勺條件挺：欲使滋電橋正平衡鮮，囑其相伴鄰兩蒜臂電舟阻的庭比值贏應相靜等，鵝或允相對蔬兩臂倦電阻窯的乘數積應壘相等煙。電橋孔平衡懲條件2.電壓濟靈敏登度應變意片工筋作時丈：電咸阻值母變化手很小川，電缸橋相恒應輸搞出電緩壓也劉很小射，一脹般需求要加等入放大臉器進行伸放大表。由巾于放大大器坐的輸討入阻佩抗比愚橋路拜輸出風阻抗潔高很繩多，陰所以薄此時拍仍視饑電橋沒為開路情況享。當受還應變科時：冊若應間變片妄電阻甲變化圍為ΔR，其它短橋臂魄固定填不變載，電泰橋輸晶出電患壓Uo≠0，則電奶橋不嶄平衡傻，輸藥出電托壓為設橋屬臂比n=R2/R1，由于ΔR1<<R1，分母制中ΔR1/R1可忽懂略，未并饅考慮點到平棚衡條厲件R2/R1=R4/R3，則上猛式可致寫為電橋毯電壓幫靈敏愧度定義低為分析壯：彈①電橋刃電壓千靈敏比度正鋒比于勻電橋典供電困電壓戴，應供電距電壓部越高衰，絹電橋秒電壓童靈敏誘度越均高，稼但供舟電電漿壓的講提高胖受到頁應變肌片允樂許功秒耗的控限制亞，所琴以要辟作適愉當選維擇；煮②電橋跟電壓林靈敏惱度是撓橋臂卵電阻截比值n的函偽數，艙恰當胡地選始擇橋助臂比n的值貝，保通證電部橋具頑有較識高的朵電壓愛靈敏恥度。臟？當E值確匯定后蜜，n取何牽值時俱才能典使KU最高投？分析裂：思路仗：dKU/dn=倡0求KU的最秩大值求得n=1時，KU為最坐大值鎮。即蜘在供著橋電戶壓確屈定后迷，當R1=R2=R3=R4時，著電橋償電壓仍靈敏鋸度最競高，歷此時春有結論盾：當為電源害電壓E和電負阻相秩對變濟化量ΔR1/R1一定豈時，算電旗橋的殺輸出副電壓周及其捏靈敏開度也島是定害值，眼且與偉各橋蓄臂電車阻阻蘿值大垮小無場關。3.非線寸性誤羨差及山其補找償方沾法與ΔR1/R1的關系是非線性的，非線性誤差為理想匯情況（略去臘分母某中的ΔR1/R1項）歌：實際呆情況（保獎留分堵母中濟的ΔR1/R1項）趁：如果日橋臂匪比n=1，則駛：例如遙：對于叉一般嫂應變顏片：萍所受丈應變ε通常院在50牧00槳μ以下暢，若降取KU=2，則ΔR1/R1=KUε=0躁.0殺1，計恐算得虛非線泥性誤固差為0.挎5%；若KU=1介30，ε=1綱00公0μ時，ΔR1/R1=0仿.1剪30，則得嘆到非壓線性錘誤差封為6%，故煌當非腹線性度誤差零不能瓣滿足墓測量暴要求錫時，夢必須傻予以編消除蓋。圖差動膀電橋減小府和消寄除非抹線性嗓誤差烘的方該法半橋焰差動：在蠻試件臟上安漏裝兩氣個工敲作應花變片色，一現個受顛拉應要變，耐一個卡受壓生應變孩，洽接入址電橋案相鄰替橋臂看。魔該電牛橋輸徒出電魄壓為稱若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，則得可知完：Uo與ΔR1/R1成線睡性關驢系，餡無非煩線性剩誤差戲，而預且電蝴橋電饑壓靈辮敏度KU=E/2，是單殘臂工險作時匯的兩倚倍。全橋祝差動：電曠橋四朽臂接躁入四宴片應軋變片可，即去兩個飾受拉頁應變懲，兩慕個受添壓應李變，紹將兩倒個應紐奉變符胸號相頑同的士接入太相對茶橋臂唯上。采若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4，則結論隨：全汁橋差伴動電顫路不象僅沒攻有非紡線性脾誤差差，而寶且電饞壓靈短敏度斑為單腸片工烘作時登的4倍。2交流講電橋引入放原因喪：由于漆應變吃電橋糕輸出匯電壓吼很小抵，一樂般都迎要加翻放大規器，臺而直掛流放果大器畜易于銅產生擊零漂篩，因忽此應樂變電膝橋多移采用提交流裹電橋桐。遲由于格供橋衫電源機為交夢流電里源敞，引使線分蹈布電折容使蟻得二咳橋臂臂應變烈片呈橡現復織阻帝抗特械性，妹即相讓當于濃兩只神應變泳片各弄并聯抗了一雞個電債容。圖交流拍電橋式中,C1、C2表示貌應變蠢片引令線分部布電箏容。每一子橋臂襯上復襯阻恭抗分嘉別為交流都電橋扛輸出蔽：電橋信平衡曬條件：Uo=0，即Z1Z4=Z2Z3整理憑可得變形疫為：交流捕電橋朋的平貴衡條睡件（實端部、版虛部蘇分別永相等魂）：圖3-塞12交流始電橋棒平衡夠調節當被息測應樸力變超化引轎起Z1=Z10+ΔZ,Z2=Z20－ΔZ變化難時（Z10=Z20=Z0），則電青橋輸月出為課堂村練習牛：如圖之所示升電路于是電久阻應活變儀漢中所扇用的態不平丹衡電耗橋的制簡化迎電路暗，圖中R2陶=R虧3=課R是固摧定電組阻，R1與R4是電洲阻應東變片廈，工炭作時R1受拉造，R4受壓筒，ΔR虧=0，橋耕路處溜于平信衡狀勝態，永當應喝變片濫受力發佛生應掀變時姿，橋塌路失背去平倚衡，走這時前，就述用橋幼路輸貓出電青壓Uc病d表示懼應變道片變倉后電掀阻值羽的變涉化量酬。試盡證明售：Uc父d=-（E/更2）(Δ凝R/炕R)。圖為陶一直伐流應生變電銳橋，磚圖中E=愈8V，R1麥=R失2=訓R3幼=R鹿4=糕12蕉0Ω，試全求：R1，R2都是尊應變孝片，焰且批召號相窗同，此感應餅應變垮的極呼性和伏大小都相露同，絲式其余捧為外煩接電砍阻，豬電橋數輸出弓電壓U0=？題中，更如果R2與R1感受巴應變目的極哭性相討反，玩且增差量ΔR霞1=回ΔR位2=槽1.握2Ω，電橋輸轉出電皮壓U0=？圖所樓示為悅等截渴面梁霸和電求阻應胸變片煎構成拐的測鍛力傳稻感器,若選禾用特慈性相案同的4片電鋪阻應洋變片R1學~R弟4,它們幻玉不受真力時織阻值抓均為12鉆0歐,靈敏辛度K=淘2,在Q點受燭力為F.(1繞)在測羊量電阻路圖b中，呆標出降應變搜片受歌力情咳況及吐其符為號．（２蠢）當酒作用非力Ｆ醒＝２福０Ｎ初時，瀉應變股片若作蕉用力她Ｆ＝忍８０梯Ｎ時貧，＝4.鴉8×1辮0-5為多養少？率電阻R1持,R鋤2,梅R3腥,R堅4r的變康化量柿為多球少（３回）若庸每個爬電阻完應變池片阻繡值的答變化詞為０挑．３夾歐，戒則輸討出電截壓為申多少FR1車,R打4R2骨,R液33VU06、電虧阻應適變式彎傳感睡器的虧應用男舉例電阻劫應變搭式傳飛感器彈性震敏感變元件+電阻烤應變束片?電阻內應變招式傳節感器1．柱洋（筒很）式踢力傳贏感器下圖訪為柱兇（筒肌）式躺力傳聚感器屠，彈糊性敏亂感元挖件為悔實心賢或空青心的填柱體災（截肝面積牌為S，材嘆料彈究性模這量為E），住當柱奧體軸革向受普拉（費壓）便力F作用隊時，設在彈沈性范浪圍內刷，應戀力與應沖變成正愛比關價系=E1．柱蛋（筒串）式芹力傳割感器特點熄：結嬸構簡夏單、努可承私受很竿大載享荷；多種割截面衛形狀止：實屯心截你面、賄空心叔截面倍。軸向毀應變：橫(周)向應加變：y=剛應變難片粘純貼在徐彈性慣柱體梨外壁岡應力扣分布練均勻課的中獲間部坡分，趟沿軸癥向和愉周向真對稱遠地粘竭貼多膜片應篩變片渠。貼屑片在渡柱面凱上的孔展開稍位置痕及其執在橋米路中號的連嫁接如訓圖（d）和碎（e）所眨示。柱式檔力傳精感器上圖中風作用澇力F在各扶應變訊片上秘產生裳的應鴿變分渣別為1=+t=2=3=45=太+t=6=7=8式中嗚，—柱體炎材料怎的泊頸松比瘦；t—溫度t所引必起的沖附加述應變唯；—柱體捷在F作用闖下的迎軸向歷應變言（=F/SE）。全橋語接法斧的總撤應變0為0=2彩(1勉+)電橋削的輸密出電稠壓為從而陽得到焰被測酬力F為地磅回稱一擠般采笛用柱囑式力疲傳感埋器。汽車持衡示秧意圖液罐偷秤示熄意圖1-電動穗比例對調節戲器；2-膨脹便節；3-化學苗原料方儲液典罐A；4-化學論原料譽儲液所罐B；5-荷重瓣傳感薪器（盯每罐塌各4只）頌；6-支撐伸構件租；7-支撐戴平臺2.懸臂施梁式罷力傳劫感器如圖說所示罵，當扎力F作用隱在彈卵性懸穗臂梁寄自由玻端時申，懸念臂梁產蝦生變黨形，綱在梁譯的上彩、下見表面對稱義位置上應鬼變大待小相等，果極性輪相反富，若銜分別決粘貼撓應變崖片R1、R4和R2、R3，并爐接成差瀉動電直橋，鼓則電竭橋輸景出電劑壓Uo與力F成正們比。懸臂原粱式嗽力傳時感器(1鉗)等截和面梁(上圖夕（a）)1=4=x，2=3=x，成則被測草力F為(2)等強漢度梁(圖（b）)不隨立應變顧片粘蹲貼位陽置變揚化。(3以)其它具特殊作懸臂惱梁力室傳感法器圖特殊懇粱式眾力傳悉感器（a）雙稼孔粱豪；（b）單躲孔粱亭；（c）S型粱電子樓稱一唉般采魄用懸期臂梁怨式力直傳感測器。3．薄括壁圓析環式啞力傳儲感器如圖溫所示薄壁硬圓環愿式力捷傳感濁器示劫意圖4．輪暈輻式抹力傳羊感器輪輻貞式力甚傳感滴器示構意圖如上沒圖所發示，秋在距飛離中周間加掀力部架位為lx的截字面上縱的彎彩矩為在lx截面宗處的服上、抹下表袍面應根變為按上定圖粘抹貼應敗變片孔并接慰成全伶橋差蕩動電鄙路，貼則電嶺橋輸胳出指冶示的外總應雨變與懼外力F的關揚系為電橋線輸出郵電壓批為5．軸霸剪切御力傳紋感器(主要貌用于輛扭矩喪測量)軸彈賄性元掩件式巖測力爛傳感詠器扭矩額傳感珠器應變饒片的股粘貼鉛方式惰和測六量電素橋的降連接默如上教圖所榴示，靠當彈甚性軸響剪切墻力作炊用時刃，應茫變片粘受拉些力，請受壓稻應力憶，其暖應變寶為(實心昌軸)(空心缺軸)式中柿，D—軸外客徑（mm）；d—軸內路徑（mm）；M—扭矩申（N·m）；μ—軸材減料泊石松比破；E—軸材浙料彈材性模談量。電橋脊輸出勒電壓Uo=UiK電阻搬應變失式傳邊感器殿應用進實例色的電嫌路1．基佳本應震用——平面針膜片勿式壓蹄力傳些感器圖所淹示為腹壓力駛應變許計原辰理電務路。A1、A2、A3構成念儀表放大嬌器，A4作為伶“電迎平轉鑼移”催。圖2-牲28壓力俘應變拆計2．梁坊式彈澤性元耽件位獄移傳爬感器3．手內提式蔬數字眾電子暑稱準S型稱票重傳鴨感器臥如圖店所示海。準S型稱粥重傳庫感器手提混數字駛電子志稱測繁量電淚路如德圖所羅示手提廣數字刷電子論稱測錘量電暮路（a）小坊數點埋顯示罵電路言；（b）手績提數同字電元子稱姨電路嚼圖三、旨壓阻析式傳趨感器壓阻怒式傳滴感器合是利用盆半導問體應沸變片介的壓犯阻效塵應而沫進行蟻工作閑的。對一磚塊半躺導體棉材料偏的某踢一軸桿向施泛加一猜定的見載荷暈而產超生應燈力時核，它往的電朽阻率拐會發敬生變紅化，痛這種辦物理齡現象徐稱為萄半導固體的商壓阻拿效應脂。1半導掏體的頑壓阻注效應半導筆體材靜料的濕壓阻羞效應牽特別框強。壓阻洽式傳熱感器徒的靈共敏系晉數大抬，分駱辨率匠高。倉頻率區響應染高，塊體積司小。較它主紋要用仆于測蘭量壓猴力、襖加速獨度和墊載荷林等參標數。因為甲半導插體材姿料對質溫度襲很敏摸感，吹因此敬壓阻器式傳杜感器廢的溫糧度誤可差較紗大，蚊必須贊要有艘溫度鋪補償婦。分析焦：當栽半導芽體應循變片爪受軸跪向力離作用陰時，世其粱電阻想相對欠變化販為半導隊體應禁變片甘的電脹阻率倉相對逆變化齊量與販所受的應題變力語有關惑：式中攔：π—秩—半導撈體材竭料的需壓阻蝴系數;σ——半導桂體材椒料的瓣所受爹應變賽力;E——半導申體材雨料的桐彈性煉模量;ε——半導秘體材寬料的叢應變軋。因此知：實驗汗證明當，πE比1+映2μ大上以百倍軋，所物以1+嗚2μ可以高忽略濕，因俊而半尋導體應鵝變片劈燕的靈告敏系瞎數為池半導做體應垮變片洗的靈柜敏系發數比株金屬自絲式匠高50～80倍，趴但搖半導諒體材悲料的六溫度在系數零大，堪應變讀時非任線性輸比較猶嚴重攤，裙使它住的應攏用范渣圍受論到一螞定的簡限制犬。授測量拳原理：在信外力盞作用化下，仍被測旅對象緒產生菌微小罷機械乎變形悠，應偷變片握隨著啦發生勇相同閱的變純化，陰同況時應欣變片蹤蝶電阻蓮值也明發生間相應劉變化珠。當泳測得姻應變體片電倡阻值壯變化錄量為ΔR時，堵便可蛋得到相被測烘對象抓的應扯變值腹，促根據輛應力鐵與應膽變的染關系天，得盜到應厭力值σ為σ=E·發ε２、儉壓阻勸式壓面力傳他感器登的工偉作過厭程壓阻遙式壓蚊力傳劣感器斜硅膜釣片兩錘邊有嫂兩個病壓力賞腔，勺一個棉是與恒大氣席相通徹的低勤壓腔不，另坡一個郵是與據被測弓壓力絞相連劑接的狗高壓膀腔。腎當膜棄片兩勺邊存辟在壓取力差競時，宮膜片蚊產生顏變形近，膜爛片上晚各點設產生薯應力廉。其晨上的顛四個釋電阻妹在應撫力作廈用下荷，阻重值發漲生變雄化，泉電橋蠟失去豬平衡障，輸算出與骨膜片俘兩邊懇的壓裂力差拾成正暢比的默電壓親值。３、跪壓阻需式傳留感器哪的結槍構主要沙優點火是靈口敏系劫數比診金屬滅電阻社應變勇片的藝靈敏系系數印大數陵十倍橫向道效應獸和機號械滯酒后極艙小溫度器穩定略性和別線性毒度比塑金屬購電阻餅應變唐片差生得多均由桐硅膜筆片、掩引線呀與外邪殼組兇成四、遭正確茂使用阻測力速傳感發器（一丸）傳浩感器卷的選乓擇要犧求①技介術指監標要承求②使濤用環池境要踩求④基熟本安避全要附求⑤可歐靠性姨要求⑥維油修及濤管理份要求對于遇一個珠具體打的傳純感器帽，需關滿足駁上述套部分穩要求影即可濃。（二外）選斷用傳楊感器護的原頂則①根晉據測捏量對盼象與斃測量魯環境仔確定罷傳感察器的駐類型②靈粥敏度本的選蒜擇③頻弄率響薯應特懶性④線駛性范核圍⑤穩遣定性⑥精戀度（三環）使慈用注田意事初項①選愿擇稱潛重傳寧感器廢一定址要考魔慮環安境因使素、困適用和范圍太和精挺度要班求②選敞用的授傳感號器一怕般工賺作在涌滿量僚程的30背%-園70介%之間幼。③傳儉感器有使用敬中最塌大荷折載不啟能超交過滿刪量程盾的12外0%。④傳果感器滾和儀董表應抄定期斥進行通標定桶，確磁保使湯用精粗度。⑤電水橋電拘壓要好穩定狹，溫前漂、疏時漂桌要小禽，否漆則會摸引起鬧測量寸誤差史。由于宮傳感嶺器的骨精度射高低伴、性湊能好尺壞直母接影槳響到摸整個俊自動拼測試兩系統炒的品戚質和家運行隊狀態竟。一畏般來絡說，爹對傳饑感器支的要票求是影全面梢的、額嚴格婦的，憲它們浙是選賣用傳絲式感器拋的依啞據。任務2：橋藥墩水踏下部巧位缺垂陷的侵檢測[任務煌背景]橋墩允水下臨及地苦表以辦下部暫位由輕于各陵種原術因會望產生閥一些途缺陷傅，它益是很制難被宿發現盟的，輛但又嫩直接賄威脅著到橋胸梁的施安全怪。用仁壓電納式加侄速度暴傳感泥器通膏過檢赴測橋通墩對矩振動積的響徐應，奧再進趕行頻捆譜分慚析，激可判買定橋婚墩的狀內部榨缺陷饒。[相關牲知識]壓電賞式傳庫感器笨是一吧種典猴型的胖自發晨電式肌傳感屬器，價它是昨由壓致電傳認感元租件和派測量明轉換波電路晴組成先。一、判壓電氣傳感誕器的虹外形辜、技膀術指出標和芳壓電群材料之的外價形（一喘）壓選電式薪傳感呼器的朗外形（二蕩）壓嘆電加部速度詢傳感蓬器的頓技術孕指標壓電爭加速愛度傳鄉豐感器汁的技聲術指沸標主升要有愁量程笛、靈噸敏度干、線乳性度鎮、分忘辨力陣、諧類振點擱和頻江響等哭。二、倘壓電議式傳圈感器爛的工澆作原唉理壓電扶式傳債感器陣的工默作原斤理是基于壯某些傻介質錘材料漢的壓陪電效奴應,是典鈔型的于有源零傳感施器。當材標料受競力作酒用而都變形牲時,其表旺面會漿有電飽荷產吃生，字從而用實現而非電殺量測卡量。花壓電宋式傳憶感器藏具有慨體積棚小,重量速輕,工作猶頻帶雙寬等干特點,因此散在各完種動舅態力攤、傻機械當沖擊綱與振作動的饅測量,以及視聲學爪、熄醫學談、力忍學、開宇航貼等方上面都紹得到投了非策常廣箱泛的喂應用古。（一污）、粒壓電柴效應皺及壓壯電材剝料某些蠟電介幕質，除當沿美著一丙定方樣向對軋其施慕力而牽使它擇變形特時，肺內部波就產逝生極鴨化現支象，詳同時艦在它辜的兩今個表貪面上只便產補生符鄙號相萌反的救電荷草，妨當外軍力去易掉后屈，又希重新盡恢復累到不現帶電動狀態列。這罪種現朽象稱奏壓電技效應少。渴當作兔用力炒方向沈改變卷時，覆電荷定的極牲性也次隨之燃改變笛。有他時人抽們把脂這種霞機械蒙能轉然換為候電能棄的現矮象，綁稱幣為“正變壓電奮效應劉”。相反管，當掏在電宇介質娛極化所方向預施加點電場浪，這毀些電奏介質壓也會降產生淘幾何侄變形肢，這惕種現軟象稱選為“逆毀壓電燦效應內”（電致蓬伸縮碼效應援）。酸具有柱壓電曠效應填的材洪料稱猴為壓吧電材抱料，臟壓電吐材料蛾能實樣現機—電能洲量的成相互她轉換二、膨常用偶壓電否材料幾種哈壓電徑材料涌的外近形如率圖所連示。１、無石英凳晶體禍的壓梨電特興性居里點573℃，六角晶系結構光軸電軸機械業軸若從盤晶體泉上沿y方向婆切下襲一塊束上圖3所示策的晶閃片，境當沿升電軸閱方向奶施加放作用驕力Fx時，免在與趟電軸x垂直醒的平卡面上到將產羽生電源荷，紹其掠大小途為式中,d11為x方向毛受力死的壓夫電系貓數。蒜若在頓同一雙切片罷上，各沿機候械軸y方向董施加獅作用脾力Fy，則仍省在與x軸垂熱直的混平面叼上產觸生電挪荷qy，其大覽小為式中魂：d12——y軸方臺向受務力的銜壓電渡系數禾，根蝴據石史英晶菌體的基對稱餡性，浩有d12=-d11；a、b——晶體觀切片眠的長微度和渴厚度多。霉電荷qx和qy的符身號由鑒受壓收力還紐奉是受杜拉力很決定尋。石英面晶體怨的上劇述特駁性與奇其內否部分摘子結挑構有須關。捐下圖錄是一訂個單歇元組兆體中劇構成佳石英筆晶體枯的硅零離子無和氧午離子偽，在奸垂直挽于z軸的xy平面響上的滲投影膠，等勝效為皇一個正六疤邊形排列貿。燒圖中凱“+”代表唐硅離櫻子Si4+，“-”代表婆氧離尸子O2-。盾當石顏英晶摸體未釀受外絡力作風用時塞，正印、負飽離子逆正好蕩分布逢在正桿六邊泡形的碌頂角筐上，趁形成三個鋸互成12條0°夾角河的電脆偶極放矩P1、P2、P3。如圖晴（a）所示雞。石英拌晶體此壓電贏模型有(a高)不受墾力時堤；(b雜)x軸方稻向受匆力；(c府)y軸方尿向受洗力因為P=ql,q為電缸荷量捉，l為正弄負電貢荷之饑間距猴離。仍此時虜正負公電荷脊重心款重合恩，電偶冬極矩適的矢烘量和絕等于闖零，即P1+P2+P3=0，所以晶體范表面并不產彩生電初荷，晚即呈布中性。雖當石用英晶零體受剖到沿x軸方研向的泰壓力物作用蠅時，雙晶體敞沿x方向鍬將產貴生壓縮戚變形，正負霸離子茫的相筍對位溝置也灶隨之脆變動。如厭上圖洞（b）所示堅，此何時正倉負電豈荷重心猜不再沙重合，電漸偶極脈矩在x方向糕上的買分量筆由于P1的減濕小和P2、P3的增僑加而待不等煤于零滿。在x軸的駛正方嘆向出現計負電澡荷，電偶耳極矩續在y方向楊上的孔分量凝仍為弄零，不裹出現楊電荷烤。剛當晶蜂體受確到沿y軸方籃向的嶄壓力維作用挪時，笑晶體疑的變腔形如喚上圖c所示雜。與山上圖甜（b）情況竊相似姥，P1增大親，P2、P3減小趟。在x軸上決出現起電荷護，它毒的極然性為x軸正棵向為燃正電爬荷。在y軸方用向上距仍不久出現廈電荷縮慧。如果漠沿z軸方向唇施加峰作用鄙力，能因為頃晶體械在x方向支和y方向學所產守生的追形變滋完全馳相同世，所物以正排負電餃荷重殘心保系持重剛合，蹈電偶較極矩矢量昌和等開于零。這嗽表明悼沿z軸方炎向施釘加作問用力捎，晶天體不土會產威生壓勁電效侮應。露當作靈用力Fx、Fy的方牽向相億反時成，電侍荷的卵極性非也隨減之改輝變。x軸方向受力：壓力x軸方向受力：拉力y軸方向受力：壓力y軸方向受力：拉力２、噴壓電飽陶瓷壓電棚陶瓷駱與石瘋英晶閉體不輪同，拼前者傲是人工您制造哲的多罪晶體茫壓電替材料，而后忙者是狐單晶懸體。壓電舞陶瓷枝在未進騎行極叼化處理飯時，泄不具弓有壓祝電效覆應；腳經過極化綿處理后，嫩它的翠壓電紅效應現非常匆明顯撞，具綁有很糠高的壟壓電蓬系數賢，為除石英但晶體遮的幾錢百倍閑。壓電滲陶瓷桐具有黨與鐵痛磁材候料磁踩疇結御構類嘩似的攝電疇結構壓電險陶瓷桃的壓滑電現傷象未極化前：不具壓電性撤銷外電場加外電場E三、咐等效拉電路何和測勿量電佩路壓電茅傳感敘器在羅受外運力作薪用時輩，在斑兩個孕電極豈表面渴將要炸聚集蒜電荷禾，且伙電荷安量相約等，候極性元相反測。這初時它峽相當者于一餡個以研壓電桿材料殘為電俘介質唱的電鏈容器辟，其顆電容央量為ε0為真秀空介妥電常限數；εr為壓秤電材蘭料的阿相對松介電衡常數叨；d為壓顆電元固件的籌厚度梨；A為壓仆電元勒件極睛板面椒積。1、壓略電晶句片的派連接碌方式并聯接法串聯接法在上輪述兩敘種接挪法中塔，并聯轎接法輸出京電荷繭大，閃本身票電容覺大，苗時榨間常伶數大姥，適安宜用盈在測量嶄慢變滔信號象并且賠以電軌荷作系為輸蛋出量的場魯合。權而串聯匹接法輸出澆電壓情大，文本身棄電容兆小，斧適宜犧用于郊以電壓奧作輸刊出信毀號，鍋并且驚測量夠電路由輸入腫阻抗批很高的場被合。飲因此倒可以再把壓真電式哪傳感柱器等不效成韻一個媽與電曠容相宅并聯煤的電荷吃源，也津可以萍等效秩為一輛個電壓洗源與熔電容串聯夠。2、等無效電梅路電荷影等效兇電路電壓波等效支電路3、完整掀等效風電路壓電返傳感刑器與樣測量戒儀表列聯接螞時，泄還必歇須考愛慮電器纜電澇容CC，放大初器的敢輸入匙電阻Ri和輸偉入電償容Ci以及積傳感斬器的磁泄漏碧電阻Ra。壓電呀傳感滅器的哲實際亦等效增電路４、蕉測量賺電路壓電津傳感奏器本鬼身的壺內阻核抗很氣高，趙而輸五出能杰量較朗小，駛因致此它躺的測扮量電嘆路通施常需逗要接歲入一個高凳輸入汽阻抗科的前定置放差大器，其難作用趟：一是攪把它喚的高輸出猴阻抗彈變換姑為低輸出轎阻抗橋；二是放大傳感夏器輸軟出的聞微弱善信號竭。壓電決傳感悉器的窄輸出群可以琴是電斷壓信塌號，端也可踏以是撓電荷婚信號臉，因朋此前死置放警大器團也有弱兩種朝形式棟：電壓酸放大娃器和展電荷辨放大浸器。1）、壇電壓刺放大綱器若壓界電元削件受妖正弦力F=Fmsi辨nω俘t的作旱用,則其熟電壓惑為電阻R=RaRi/(臟Ra+Ri)電容C=Cc+Ci,ua=q愧/Ca送入夫放大每器輸眠入端還的電足壓為證：uaCa前置事放大亮器的要輸入焦電壓硬的幅刷值:輸入李電壓凱和作革用力骨之間從相位除差:理想烤情況竄下,傳感鉛器的Ra電阻啊值與盟前置郊放大患器輸嶄入電鐵阻Ri都為緊無限鳴大,即ω（Ca+C）R》章1,那么片理想費情況鉆下輸踏入電桃壓幅嘗值Uim:討論ω=待0（靜態凱量）腎時→Uim=0（輸入匠電壓仰為零受）原因姓：由些于等悔效電邊阻不怖可能乏無窮消大，隨存在帖電荷殿泄漏興，所列以不由能測擠量靜口態量ωτ椒>>依3（高頻倡情況把），Uim/Uam≈1，實際神接近望理想輸入口電壓組與作躬用力癢頻率忍無關τ一定著，ω越高疲，高留頻響鵝應越院好，擔所以適合從測量笑高頻距交變撲力對低腎頻測濫量情榮況：τ一定等，ω↓偏差派越大所以墊要求τ要大貨，擴級大低結頻響追應范害圍輸出翻電壓伏靈敏貞度受落電纜朽分布訓電容菌影響2）、電荷菜放大虧器為改穴善壓案電傳馳感器幫的低殿頻特賴性，豬常采必用電化荷放跌大器襖。電莖荷放休大器勻由一伶個反臭饋電狠容Cf和高轟增益物運算吵放大未器構吃成，劇電荷經放大厭器等釋效電妹路：q靈敏甩度與電痛纜電氏容無鞠關由此均可見蜜，電宋荷放牛大器戰的輸氧出電零壓uo只取龜決于同輸入泡電荷包與反蒙饋電此容Cf，與電纜逢電容Cc無關繞，且宰與q成正驗比，皇因此設可以飾采用乒長電訴纜進眾行遠臂距離客測量疑，并陽且電慢纜電委容變脾化也攪不影喪響靈買敏度危，這尖是電秩荷放類大器惹的最載大特屢點。舍為妨了得甚到必遵要的貌測量吩精度趁，要像求反談饋電錢容Cf的溫響度和網時間盈穩定翁性都娃很好保，在計實際董電路航中，窗考慮昂到不命同的你量程呈等因掘素，Cf的容跪量做暢成可讓選擇籮的，錄范圍違一般彈為10繁0~逐104pF。五、趟壓電扛傳感盆器應洲用（一撤）壓幕電式奶加速掀度傳帽感器1、結暗構：蠟壓電首片用岸高壓勺電系弦數的另壓電鴉陶瓷躬制成此。兩驢個壓汪電片套并聯揮。質帝量塊績用高乓比重您的金烈屬塊期，對未壓電匆元件鮮施加逗預載鋒荷。促測得凈加速播度傳等感器順輸出這的電雁荷便捷可知麗加速嬸度的畝大小巧。基座殼體彈簧質量泄塊壓電骨片F=秤ma我,F難∝a又q游∝F∴q跡∝a（二箱）交抄通監群測將高妥分子燃壓電蘋電纜摩埋在奧公路好上，少可以萬獲取招車型前分類盟信息芽（包枝括軸辱數、喇軸距溝、輪旋距、憐單雙說輪胎尚）、萍車速憐監測纏、收丙費站蠢地磅舞、闖嶄紅燈切拍照亂、停睡車區禍域監灰控、撤交通趣數據蜘信息往采集崖（道充路監樣控）航及機打場滑澇行道咳等。高分饅子壓號電電他纜的阻應用謙演示將兩鋤根高疾分子恐壓電勒電纜廟相距后若干寶米，平行豪埋設衛于柏勇油公撒路的跑路面香下約5c估m，可以蒜用來旨測量構車速丑及汽旁車的陶載重慌量，拋并根筆據存突儲在頓