压阻应变片式压力传感器详解
应变片压力传感器原理与应用
应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2、瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。
应变片电桥压力传感器
应变片电桥压力传感器压力传感器：压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D 转换和CPU ）显示或执行机构。
有关产品：金属厚膜电桥压力变送器部分参数：结构：接口电路图：一种典型的压力变送器与1B31的接口电路如图所示。
1B31输出稳定的+10V激励电压，压力变送器满量程输出电压为30mV。
设定1B31的增益为333．3倍，能使0～10000磅／英寸2的压力转换成0～10V的输出。
为消除接地环流，信号返回端及屏蔽电缆必须在同一点接地。
S为校准开关，R为支路校准电阻，可对满度输出80％的点进行校准。
电路图：电流特性图：。
压阻应变片式压力传感器详解
2
3.1压力传感器
扩散型压阻式压力传感器特点：
3.1压力传感器
压阻式加速度传感器： 它的悬臂梁直接用单晶硅制成，四个扩散电阻扩散在器根部两面。
恒压源：
A
D
B
C
输出电压与 成正比，输出电压受环境温度的影响.
恒流源：
输出电压与 成正比，环境温度的变化对其没有影响.
测量电路：
四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr 和切向应力 σt 分布情况确定。
设计时适当安排电子的位置，可以组成差点电桥。
3
2
1
4
优点：体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，测出十几帕德微压，长期稳定性好，之后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。
1
测量准确度受到非线性和温度的影响，智能压阻式压力传感器利用微处理器对费线性和温度进行补偿。
上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应的。
扩散硅压阻式传感器的基片是半导体单晶硅，单晶硅是各向异性材料，取向不同其特性不一样，而取向是用晶向表示的，所谓晶向就是晶面的法线方向。
3.1压力传感器
优点：
灵敏系数高，k =30～ 175（而电阻丝其值约在 1.6～ 3.6 之间)； 机械滞后小、横向效应小及本身体积小。
压力传感器原理、结构线路及其应用
压力传感器原理、结构线路及其应用;%一．压力传感器原理一些常用传感器原理及其应用:1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构1、应变片压力传感器原理原理图如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω•cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍
电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍1. 电阻式应变片电桥压力传感器工作原理电阻式应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。
当弹性敏感元件受到外界压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，电阻值会发生变化。
这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。
一般来说，把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。
这种变化的对应关系具有近似线性的关系。
找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。
通常使用四臂工作的全桥接法测量电桥有较高的灵敏度应变片式位移传感器测量精度也较高，能起到温度自动补偿的作用。
下图为全桥的基本结构电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍全桥V0:输入电源电压。
U0:输出共模电压;2. 电阻式应变片电桥压力传感器电路设计下图是电路框架结构电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍电路框架电路一般由放大电路，滤波电路，电压跟随组成，U0为模拟量输出。
1)放大电路：使用差分放大电路;差分放大电路，比较常用的电路，可以使用分立式运放来搭建差分运放电路;如下图：电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍差分运放电路不过，由分立式运放搭建的差分运放电路，外围器件比较多，而且器件本身有差异，外界干扰信号的影响等，可能会引起一些噪声等误差;比如R1,R2的阻值理想状态是需要相同阻值，但是现实中由于生产工艺等原因不可能有相同阻值的电阻，多多少少都会存在一定偏差，所有说运放的结果也不会是理想状态。
因此，为了减少外围器件，以及不必要的误差，建议在条件运行的状况下，采用仪表放大器，其内部已经集成了差分电路，所有使用时外围器件比较少，电路结构简单，受干扰情况也会减小。
常用的仪表运放有AD620,INA128等;下图是INA128内部结构：此图来自INA128数据手册;电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍INA128内部电路RG用来条件增益，根据传感器以及实际电路来条件增益;仪表运放使用时注意选项，供电电压，增益调节范围，输入输出阻抗，共模抑制比CMR，偏压值，以及噪声等;2)滤波电路;滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过，而使规定范围之外的信号不能通过。
压力传感器电路工作原理
压力传感器电路工作原理
答案：
压力传感器电路的工作原理主要基于压电效应、压阻效应和弹性敏感元件的形变。
具体来说：
压电式压力传感器。
其主要工作原理是压电效应，即某些晶体在受到机械力作用时发生变形，从而产生极化效应，导致电信号的输出。
当外力作用在压电材料上时，其表面会形成电荷，这些电荷通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗后，被转换成为与外力成正比关系的电量输出。
压阻式压力传感器。
其基于压阻效应，即材料在受到机械应力时电阻值发生变化。
在压阻式压力传感器中，通常使用电阻应变片，这些应变片吸附在基体材料上，随着机械形变而产生阻值变化。
电阻式压力传感器。
其基于电阻应变效应，即金属电阻应变片随机械形变而产生阻值变化的现象。
当压力作用于弹性元件上时，它会产生形变，从而使电阻片的电阻值发生变化，这个变化的电阻值可以通过导线传输到电路中，从而被处理成标准的电信号。
弹性敏感元件的形变。
在压力传感器中，弹性敏感元件（如弹性膜）用于感受压力的变化，这些元件在大气压或其他外力作用下发生形变，通过惠斯通电桥等测量电路将形变转换为电压或电流信号，从而度量压力的大小。
不同类型的压力传感器（如压电式、压阻式、电阻式）可能采用不同的材料和技术，但它们的核心工作原理都是将压力的变化转换为可测量的电信号。
压力传感器原理及应用
压力传感器原理及应用压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。
一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。
压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。
半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。
半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。
它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。
此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。
由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。
但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变—电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。
电阻应变式压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器是一种常用的压力测量装置，其工作原理基于电阻应变效应。
在电阻应变式压力传感器中，一种常见的构造是将弹性元件与电阻结合在一起。
当受到外部压力作用时，弹性元件会发生弯曲或变形，导致电阻的阻值发生改变。
这是因为弹性元件上的电阻是以导电薄膜形式存在的，而变形会导致导电薄膜的长度、宽度或电阻率发生变化。
当外部压力作用结束后，弹性元件会恢复到原来的形状，电阻的阻值也随之恢复。
通过测量电阻的变化，可以确定外部压力的大小。
为了实现更准确的测量，常常采用电桥测量电路来检测电阻的变化。
电桥中包含了一个标准电阻和一个未知电阻（即弹性元件上的电阻）。
当两者的阻值相等时，电桥平衡，输出电压为零。
而当受到外部压力作用时，弹性元件上的电阻发生变化，导致电桥不再平衡，输出电压不为零。
通过测量输出电压的变化，就可以确定外部压力的大小。
电阻应变式压力传感器具有灵敏度高、测量范围广、工作稳定等优点，因此被广泛应用于工业自动化控制、航空航天、交通运输等领域。
压力传感器原理详解
一些常用传感器原理及其应用:
1、应变片压力传感器原理与应用 ﻫ 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压 力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 ﻫ 在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压 阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常 是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在 电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路 (通常是A/D转换和ＣPU）显示或执行机构。 ﻫ金属电阻应变片的内部结构
压力传感器原理详解
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压力传感器原理
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另外，为提高电桥稳定性和性能，还需要附设桥路初始平衡校准及补偿等附加电路。 如图3.12为一应变传感器电桥电路， 其中设置了多种补偿和调节电路。 其中R1~Ｒ4为应变片组成电桥；Ｒi用于调节电桥输入阻抗；Ｒa可以调节电桥输出阻抗；A框中为温度补偿电阻;B框中设置有零调整电路;C框及A框中Ret共同构成输出调整电阻；Ｄ框中为两套初始平衡校准电路,Wz１、Ｒｚ构成直流初始调零电路，Wｚ２、Cｚ用于交流电桥时初始调零(交流相位调零）。
2013第二章第四节应变式压力传感器(2013)解析
电阻应变片
2、 金属应变片的结构和主要参数
金属应变片一般分为丝式、箔式和金属薄膜式三种： （1）丝式应变片 其组成见下图。用来产生电阻应变效应的细导体称为 应变丝，把应变丝粘贴在衬底上组成的元件称为薄的康铜或镍铬金属片腐蚀 而成的。制造时，金属片的一面涂 上聚合剂，使之固化为基底，另一 面涂感光胶，用光刻技术印刷上所 需的丝栅形状，然后放在腐蚀剂中 将多余部分腐蚀掉，焊上引出线就 成了箔式应变片。
（3）金属薄膜式
它采用真空溅射或真空沉积的方法制成，可将产生应变的 金属合金直接沉积在弹性元件上而不用黏合剂，滞后和蠕 动均很小，灵敏度高。
金属应变片的主要参数如下：
(1) 敏感栅尺寸
应变片的敏感栅尺寸由敏感栅的基长和基宽组成。敏 感栅的基长是指敏感栅在纵轴方向上的长度。对于有 圆弧的敏感栅，指圆弧内侧之间的距离;对于有横栅的 箔式应变片和直角丝栅式应变片，指两横栅内侧之间 的距离。敏感栅基宽是指与应变片轴线相垂直的方向 上，应变片敏感栅外侧之间的距离。内基长，外基宽。
R l A R l A
以微分表示为:
dR dl dA d R l A
式中 dl/l、dA/A、dρ/ρ 分别为长度、截面积和电阻率 的相对变化量，dR/R为电阻的相对变化量。
dl l
式中， 称为金属电阻丝的轴向应变，简称应变。 对于圆形截面金属电阻丝，截面积A＝r2， dA=2rdr，则
1、 金属应变片的工作原理
导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其 电阻值会相应地发生变化，这种现象称为应变效应。 下图所示的金属电阻丝，在其未受力时，假设其初始电阻 值为：
R=
l
A
ρ为 电阻丝的电阻率； l 为 电阻丝的长度； A为电阻丝的截面积。
第五章 压力传感器讲解
2、压电陶瓷（PZT）： 压电陶瓷是一种经极化处理后的人工多晶铁电体。
特点： ①与石英晶体不同，压电陶瓷无纵向、横向压电效应之分。 ②压电常数大，灵敏度高。 ③制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要 求的性能； ④成形工艺好，成本低廉，利于广泛应用。 ⑤压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此，它可制作热 电式传感器，用于红外探测器中。但这一特性会给其用于压电传感器 时造成热干扰，降低温度稳定性。所以对高稳定的传感器，压电陶瓷 的应用受到限制。
原理：
E
式中 —半导体材料的压阻系数；
σ — 所受应力(应力是指单位面积上的平均内力) 。 ε — 应变；
E —弹性模量。
对于半导体材料，受力后压阻效应造成的电阻率变化远远大于形 状变化造成的电阻变化。半导体丝材的电阻变化为：
三、等效电路
从信号变换的角度看，压电元件相当于一个电荷发生器，从结构上 看，它又是一个电容器，因此可将压电元件等效为一个电荷源与电容 相并联的电路。
实际上，压电器件不可避免地存在漏电现象，即存在漏电阻，这使 得压电式传感器只适合动态测量。压电材料的等效电路除电荷源形式
以外，还可以等效成电压源形式：这里 ua 。qa / Ca
当明暗起伏的光线照射在这些光敏元上时，光敏元就将光强
的空间分布转换为与光强成正比的、大小不等的电荷包的空间分 布，。
由于CCD电荷耦合器件直接产生的是电荷信号而不是电压、 电流信号，因此还需要利用移位寄存器将光生电荷图像转移出来，
在输出电路的作用下，生成幅度与光生电荷包成正比的电脉冲序 列，从而将照射在CCD上的光学图像转换为电信号图像，实现了 CCD图像传感的功能。
(完整版)四种压力传感器的基本工作原理及特点
四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 ?，通常为120 ?，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B为栅宽，L为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：R Ad d d（1）R A式中；R—材料电阻由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K (2)K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得RLK K R L (3) 由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。
1.3电阻应变式传感器的分类及特点测低压用的膜片式压力传感器常用的电阻应变式压力传感器包括测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器1.3.1膜片——应变筒式压力传感器的特点该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。
应变片压力传感器原理与应用完整版
应变片压力传感器原理与应用HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
压阻式应变传感器的构成介绍 传感器如何操作
压阻式应变传感器的构成介绍传感器如何操作力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用较为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们紧要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认得一下电阻应变片这种元件。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的紧要构成部分之一、电阻应变片应用较多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特别的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生更改，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都构成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构电阻应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分构成。
依据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于多而杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰本领较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ωcm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很简单看出，其电阻值即会发生更改，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度加添，而截面积削减，电阻值便会增大。
应变片压力传感器原理与应用
应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。
应变片压力传感器原理与应用
应变片压力传感器原理与应用应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为 2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。
参考资料-电阻应变片传感器简介
（14）
（15）
对于如图 4（b）所示的半桥双臂电路，设 R1 产生正 R 的变化， R2 产生负 R 的变化， 且变化的绝对值相等，即 1 , 2 , 3 0, 4 0 ，得
U0
1 R 1 U S K U S 2 R 2
Z1 Z 3 Z 2 Z 4
（18）
4
桥臂阻抗若以指数形式表示， （18）式则可写成
z1 z3e j (1 3 ) z2 z4e j ( 2 4 )
由复数相等的条件，故有
（19）
z1 z3 z2 z4
1 3 2 4
（20）
如图 6 所示，两臂由应变片组成，另两臂是应变仪中的精密无感电阻，考虑到应变片及 线栅存在分布电容， 所以两应变片可以看作由电阻和电容并联的阻抗组成 （因为电感很小可 忽略） 。 如在测量前对电桥分别同时进行电阻和电容的平衡调节， 测量时又将连接导线固定， 则电容的影响是很小的。对于半桥单臂电桥电路，输出电压与电阻变化关系为
R l S R l S
式中
（2）
S l 为截面积的相对变化。对于圆柱形电阻丝，截 为电阻丝的纵向应变； l S S r r 面 积 为 S r 2 （ r 为 丝 的 半 径 ） ，则 。 为电阻丝的横向应变，且 2 r S r r l ， 为电阻丝材料的泊松系数。于是（2）式可以写为 r l R (1 2 ) R
m sin t ，只要把调幅波再次与原载波信号相乘进行同步解调，并通过低通滤波器滤除高
频成份即可。图 7 为一种较为常用的环形桥式相敏检波电路，其工作原理如下：
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dL L
)的变化率
d / dL / L
远大于一般电阻材料的灵敏系数，因此，引
起半导体材料电阻相对变化的主要原因是压阻效应：
式中： —压阻系数；E—弹性摸量；σ —应力；
—应变
上式表明压阻传感器的工作原理是基于压阻效应的。
扩散硅压阻式传感器的基片是半导体单晶硅，单晶硅是各向异性材 料，取向不同其特性不一样，而取向是用晶向表示的，所谓晶向就是晶 面的法线方向。
谢谢！
变敏感元件一般由金属丝、金属箔（高电阻系数材料）组成，它把机械应 变转化成电阻的变化。基片和覆盖层起固定和保护敏感元件、传递应变和 电气绝缘作用。 金属箔的厚度通常为0.002～ 0.008mm。应变片厚度小、工 作电流大、寿命长、易批量生 产，在应力测量中应用广泛。 绕线式应变片由一根高电阻系 数的电阻丝排成栅型，电阻为 60 ～120Ω。
3.1压力传感器
扩散型压阻式压力传感器特点：
优点：体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度 高，能测出十几帕德微压，长期稳定性好，之后和蠕变
小，频率响应高，便于生产，成本低。
测量准确度受到非线性和温度的影响，智能压阻式压力
传感器利用微处理器对费线性和温度进行补偿。
3.1压力传感器
压阻式加速度传感器：
电气式压力计
电阻应变片式、电容式、压电式、电感式、霍 尔式 根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力 转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。
活塞式压力计
它普遍地被作为标准仪器用来校验或刻度弹性 式压力计。
3.1压力传感器
一.电阻式压力传感器
将压力信号转换成电阻的变化的压力传感器。
有：电阻应变片式压力传感器、压阻式传感器
知：ε2＝ ε4
3.1压力传感器
2.压阻式压力传感器
压阻效应:半导体材料在受力时电阻率发生变化，这一特 性称为压阻
效应。 (硅、锗 / 石英片、压电陶瓷等）。
电阻变化与应变值之间的关系：
式中：灵敏系数
， μ-应变材料的泊松比
L、ρ-分别为电阻丝的长度与电阻率
3.1压力传感器
硅、锗等半导体材料组成的元件受到压缩或拉伸时，其电阻率ρ随应力
3.1压力传感器
电阻应变式压力传感器结构
膜片式、筒式、组合式 膜片式适用于低压测量；筒式适用于高压测量；
3.1压力传感器
工作方式：通过不平衡电桥把电阻的变化转换成电流或电压信号的输
出。
→
慧斯登电桥半桥：
3.1压力传感器
图为膜片式应变片压力传感器，4个电阻全为工作片，全桥 接法：
,ε1＝ ε3 ， 且 ε1＝ ε3 ＝- ε2 ＝ - ε4 ＝ - ε 则：
3.1压力传感器
体形（bulk)半导体电阻应变片
是从单晶硅或锗切下薄片制成，主要优点是灵敏系数大，横 向效应和机械之后极小；温度稳定性和线性度比金属电阻应
变片差的多。
3.1压力传感器
扩散型（diffusion) 压阻式压力传感器
采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半
导体电阻应变膜片
它的悬臂梁直接用单晶硅制成，四个扩散电阻扩散在器根 部两面。
3.1压力传感器
测量电路：
恒压源：
输出电压与 R / R 成正比，输出电压受环境温度的影响.
恒流源：
输出电压与 R 成正比，环境温度的变化对其没有影响.
3.1压力传感器
测量桥路及温度补偿
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于制造、温度等影响因素，电桥存在失调、灵位飘移、 灵敏度温度系数和非线性等问题，影响传感器的准确性。
之间的电位差，达到补偿的目的。
3.1压力传感器
②灵敏度温度补偿
灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化而引起的。 温度升高时，压阻系数变小；温度降低时，压阻系数变大。
说明传感器的灵敏度系数为负值。
补偿灵敏度温漂可采用在电源回路中串联二极管的方法。 温度升高时，因为灵敏度降低，这时如果提高电桥的电源电 压，使电桥的输出适当增大，便可以达到补偿的目的。反之， 温度降低时，灵敏度升高，如果使电源电压降低，电桥的输 出适当减小，同样可达到补偿的目的。
3.1压力传感器
图为二极管PN结的温度特性为负值，温度每升高1℃时，
正向压降约减小1.9～2.5mV。将适当数量的二极管串联在 电桥的电源回路中。电源采用
恒压源，当温度升高时，二极
管的正向压降减小，于是电桥 的桥压增加，使其输出增大。 只要计算出所需二极管的个数， 将其串如入电桥电源回路，便
可以达到补偿的目的。
减少与补偿误差措施：
① 恒流源供电电桥；
② 零点温度补偿；
③ 灵敏度温度补偿。
3.1压力传感器
恒流源供电电桥
为了减少温度影响,压阻器件一般采用 恒流源供电.假设两个支路的电阻相等,
即:
R A B C R A D C 2 R RT
故有:
电桥的输出为:
3.1压力传感器
U
0
IR
RP是并联电阻。串联电阻主要起 调零作用；并联电阻主要起补偿 作用。
3.1压力传感器
由于零点漂移，导致B、D两点电位不等，如当温度升 高时，R2增加比较大，使D点的电位低于B点，B、D两点的 电位差即为零点漂移。 可在R2上串联一个温度系数为负、阻值较大的电阻RP， 用来约束R2的变化。当温度变化时，可减少或消除B、D点
•测压仪表的分类：
液柱式压力计
依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将 被测压力转换为液柱的高度差进行测量 U型管压力计、单管压力计以及斜管压力计 依据弹性力与被测压力平衡的原理制成，弹性 元件变形的多少反映了被测压力的大小。 弹簧管压力计、波纹管压力计以及膜盒式压力计
弹性式压力计
测压仪表
利用一些物质与压力有关的物理性质进行测压。
第三章
传感器
能动学院
3.1 压力传感器
定义：垂直作用在单位面积上的力称压力。
压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为 “Pa”。
1P a 1 N / m
2
1
kgm m s
2 2
1k g m s
1
绝对压力PJ、大气压力PD、表压力PB 真空度PZ（负压）
PB= PJ －PD 、
PZ＝ PD－ PJ
电桥的输出电压与电阻变化成正比,与恒流源电流成正
比,但与温度无关,因此测量不受温度的影响.
但是压电器件本身受到温度影响后,要产生零点温度漂 移和灵敏度温度漂移。因此必须采用温度补偿措施。
3.1压力传感器
①零点温度漂移
零点温度漂移是由于四个扩散电阻的阻值及其温度系数的 不一致引起的，一般用串、并联
电阻法补偿。其中RS为串联电阻，
3.1压力传感器
工作原理：
膜片两边存在压差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四个电阻
在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压 与膜片两边的压力差成正比。 四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr 和切向应力 σt 分布情况确定。
设计时适当安排电子的位置，可以组成差点电桥。
1.电阻应变式压力传感器
电阻的应变效应：导体受机械变形时，其电阻值发生变化，称为
“应变效应” 电阻应变式压力传感器，通过粘结在弹性元件上的应变片的阻值变化 来测量压力值的。用于力、扭矩、张力、位移、转角、速度、加速度 和振幅等测量。
3.1压力传感器
应变片结构：由应变敏感元件、基片和覆盖层、引出线三部分组成。应
3.1压力传感器
3.1压力传感器
优点： 灵敏系数高，k =30～ 175（而电阻丝其值约在 之间)； 机械滞后小、横向效应小及本身体积小。 1.6～ 3.6
缺点：
温度温度性差：半导体材料的电阻温度系数大，且灵敏度系 数随温度的变化也相当大。 灵敏系数的非线性度较大：灵敏系数高，在承受大应变作用 时，引起的电阻变化教大，灵敏度系数失去线性。