第三章_电阻应变片式传感器
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电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器是一种常用的传感器，它可以将物体的应变转化为电阻的变化，从而实现对物体应变的测量。
其工作原理主要是利用电阻在受力作用下产生的应变效应，通过测量电阻值的变化来确定物体的应变情况。
首先，我们来了解一下电阻应变式传感器的基本结构。
它由电阻应变片、支撑件、固定件、连接线等部分组成。
其中，电阻应变片是传感器的核心部件，它通常由金属材料制成，具有一定的弹性。
当外力作用于物体表面时，电阻应变片会发生形变，从而导致其电阻值发生变化。
这种变化可以通过连接线传输到测量仪器中进行检测和分析。
其次，我们来看一下电阻应变式传感器的工作原理。
当外力作用于物体表面时，物体会产生应变，即单位长度内的形变量。
电阻应变片固定在物体表面上，随着物体的应变而产生相应的形变，从而使得电阻值发生变化。
这种变化可以通过连接线传输到测量仪器中，并经过放大、滤波等处理后，最终得到物体的应变情况。
在实际应用中，电阻应变式传感器通常被安装在需要测量应变的物体表面上。
当物体受到外力作用时，电阻应变片会产生相应的应变，从而使得电阻值发生变化。
通过测量仪器对电阻值的变化进行监测和分析，就可以得到物体的应变情况。
这种测量方法简单、灵敏，可以广泛应用于工程、科研等领域。
总的来说，电阻应变式传感器的工作原理是利用电阻在受力作用下产生的应变
效应，通过测量电阻值的变化来确定物体的应变情况。
它具有结构简单、测量精度高、响应速度快等优点，因此在工程、科研等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对电阻应变式传感器有更深入的了解。
第3章 电阻式传感器-医学传感器概要
l R＝ A
F
Δl、ΔA 、Δρ
ΔR
两边取对数： 两边求导：
ln R ln ln l ln A
dR d dl dA R l A
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l 式中 l
是长度相对变化量，用金属电阻丝的轴向 应变ε表示，ε数值一般很小表达式为：
l l
ΔA/A为圆形电阻丝的截面积相对变化量，即：
r
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15
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当实际使用应变片的条件与其灵敏系数k的标定 条件不同时，如μ≠0.285或受非单向应力状态， 由于横向效应的影响，实际 值要改变，如仍按 标称灵敏系数来进行计算可能造成较大误差。当 不能满足测量精度要求时，应进行必要的修正。
横向效应在圆弧段产生，消除圆弧段即可消除横 向效应。为了减小横向效应产生的测量误差，现 在一般多采用箔式应变片。
R1
R RR R1R 2 3 4 R1 R 2 R 3 R 4
RL
R3
R2
U0
R
R4
RL
如果c,d之间的电阻为：
R 3R 4 R1R 2 R R1 R 2 R 3 R 4
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如果c,d之间有负载电阻 RL ，则负载电流 I L 为：
U0 IL R RL R1R 4 - R 2 R 3 U R L (R1 R 2 )(R3 R 4） R1R 2 (R3 R 4） R 3R 4 (R1 R 2 )
5. 最高工作频率
应变片的最高工作频率和应变片线栅的长度有关，它反映了
6. 应变片电阻值
绝缘电阻是指粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值。 通常要求绝缘电阻在 50 ~ 100M 以上。 绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，使应变片的指 示应变产生误差。 绝缘电阻取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。
F
Δl、ΔA 、Δρ
ΔR
两边取对数： 两边求导：
ln R ln ln l ln A
dR d dl dA R l A
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l 式中 l
是长度相对变化量，用金属电阻丝的轴向 应变ε表示，ε数值一般很小表达式为：
l l
ΔA/A为圆形电阻丝的截面积相对变化量，即：
r
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当实际使用应变片的条件与其灵敏系数k的标定 条件不同时，如μ≠0.285或受非单向应力状态， 由于横向效应的影响，实际 值要改变，如仍按 标称灵敏系数来进行计算可能造成较大误差。当 不能满足测量精度要求时，应进行必要的修正。
横向效应在圆弧段产生，消除圆弧段即可消除横 向效应。为了减小横向效应产生的测量误差，现 在一般多采用箔式应变片。
R1
R RR R1R 2 3 4 R1 R 2 R 3 R 4
RL
R3
R2
U0
R
R4
RL
如果c,d之间的电阻为：
R 3R 4 R1R 2 R R1 R 2 R 3 R 4
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如果c,d之间有负载电阻 RL ，则负载电流 I L 为：
U0 IL R RL R1R 4 - R 2 R 3 U R L (R1 R 2 )(R3 R 4） R1R 2 (R3 R 4） R 3R 4 (R1 R 2 )
5. 最高工作频率
应变片的最高工作频率和应变片线栅的长度有关，它反映了
6. 应变片电阻值
绝缘电阻是指粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值。 通常要求绝缘电阻在 50 ~ 100M 以上。 绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，使应变片的指 示应变产生误差。 绝缘电阻取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。
电阻应变式力传感器的工作原理
电阻应变式力传感器的工作原理电阻应变式力传感器是一种常用于测量物体受力情况的传感器，通过测量电阻的变化来间接地推断物体所受的力的大小。
在现代工程领域中，电阻应变式力传感器被广泛应用于各种领域，如汽车工业、建筑工程、航空航天等。
本文将详细探讨电阻应变式力传感器的工作原理，以及其在实际应用中的重要性和发展前景。
电阻应变式力传感器的工作原理基于电阻的变化和应变的关系。
当物体受到外力作用时，物体会发生形变，即应变。
而电阻应变片则是利用薄膜电阻的应变性质来实现力的测量。
电阻应变片通常由一个弹性基底和导电材料组成，当外力作用在电阻应变片上时，导电材料会发生微小的拉伸或压缩，从而导致电阻值的改变。
通过测量电阻值的变化，可以准确地计算出物体所受的力的大小。
在电阻应变式力传感器中，常用的传感元件为皮托电桥。
皮托电桥是由四个电阻应变片组成的电桥电路，其中两个电阻应变片受力作用，另外两个电阻应变片则处于不受力状态。
当外力作用于受力电阻应变片时，电桥中各个电阻的电阻值将发生变化，导致电桥的平衡失调。
通过测量电桥的平衡失调量，可以准确地计算出物体所受的力的大小。
在实际应用中，电阻应变式力传感器具有许多优点。
首先，电阻应变式力传感器的结构简单，制造成本低廉。
其次，电阻应变式力传感器具有高灵敏度和线性度，能够准确地测量小到大范围内的力。
此外，电阻应变式力传感器的响应速度快，能够实时监测物体所受的力的变化。
因此，电阻应变式力传感器被广泛应用于各种需要测量力的场合。
在汽车工业中，电阻应变式力传感器常用于测量车辆刹车系统的工作情况。
通过安装在刹车片上的电阻应变式力传感器，可以实时监测刹车片受到的力，从而确保刹车系统的正常工作。
此外，在建筑工程中，电阻应变式力传感器常用于测量建筑结构的受力情况，以确保建筑物的结构安全可靠。
在航空航天领域，电阻应变式力传感器的应用也十分广泛。
例如，在飞机的机翼上安装电阻应变式力传感器，可以实时监测飞机受到的气动力，以及飞机结构的受力情况。
传感器——应变片2
桥臂带有一定的容抗性。
工作臂实际为
•引线固定，电容 为固定值
电容C1与电阻R1为并联 关系。
阻抗
交流电桥
1
Z1 1
1
R1
1
R1 1 j C1R1
j C1
Z1
R1
R1
R1
1 j C1(R1 R1) 1 j C1R1
R1 (1 j C1R1)2
由于C1较小，电源频率 不高，则 R1C1
•有效值
Uo
1 4
设电阻丝直径为a，则：
S (a)2 2
dS 1 a da 2
dS
1 a da 2
2 da
S
( a )2
a
2
S
2a
S
a
应变效应
当沿长度方向（纵向）受力时，电阻变化量为：
相对变化量：
dR
dL L dS L d
S
S2
S
dR dL dS d R LS
R
LS
R
LS
1
又有：
S 2a
2
S
a
a a
L L3
注意负号
则平衡条件为 Z1Z4 Z2Z3 0 或
Z1 Z2
Z3 Z4
设各桥臂阻抗为
交流电桥
Z1 R1 jX1 Z1 e j 1 Z2 R2 jX 2 Z2 e j 2 Z3 R3 jX 3 Z3 e j 3 Z4 R4 jX 4 Z4 e j 4
其中，R为电阻，X为电抗，Z 和 为阻抗的模值和幅角。
由 Z1 Z3
3.2电阻应变片传感器
一、定义及分类
二、敏感元件
✓ 1、应变效应
✓
2、误差因素
电阻应变传感器的工作原理
电阻应变传感器的工作原理
电阻应变传感器是一种常用的测量应变的传感器，它用来检测被测物体的形变或力的多少。
其工作原理基于电阻值随形变或力的变化而发生相应变化。
电阻应变传感器通常由一个弹性部件和一个电阻片组成。
当被测物体受到外力或形变时，弹性部件会发生相应的变形。
变形会导致电阻片的长度、宽度或截面积发生改变，从而引起电阻值发生变化。
电阻应变传感器中常用的电阻片是应变电阻片，也称为应变片。
应变电阻片是一种由电阻材料制成的细长的薄片。
通常情况下，电阻材料是一种铜镍合金或钼铜合金，具有较高的电阻温度系数和较大的应变敏感系数。
当外力作用于被测物体时，应变电阻片会发生相应的应变变形。
由于电阻材料的特性，应变会导致电阻片的电阻值发生变化。
这种变化与应变量之间存在一定的线性关系，可以通过测量电阻值的变化来确定被测物体的应变量。
为了测量电阻值的变化，电阻应变传感器通常与一个测量电路连接。
测量电路通常包括一个恒流源和一个测量电压源。
恒流源将恒定的电流通过电阻应变传感器，测量电压源则测量电阻应变传感器两端的电压。
通过测量电阻应变传感器两端的电压和电流值，可以计算出电阻值的变化，进而确定被测物体的应变。
通过进一步的计算和
校准，可以得到准确的形变或受力值。
总之，电阻应变传感器的工作原理是基于电阻值随形变或力的变化而发生相应变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定被测物体的形变或受力值。
汽车试验技术第2版PPT第三章 汽车试验系统中常用的典型传感器
2.56h
E
fn r02 3(1 2 )
式中：f n —固有频率；
h —膜片厚度；r0 --膜片半径；
E —膜片的弹性模量；
（3-3）
—膜片材料的泊松比；
—膜片材料的电阻率。
由第二章对测试系统动态特性的分析知，固有频率高的测试 系统，其通频带就宽。因此，压敏电阻式压力传感器可以测量频 繁变化的流体压力，包括脉动的压力。正因为如此，压敏电阻式 压力传感器不仅在工程领域得到了广泛的应用（如用其测试汽车
热敏电阻式传感器的特性与特点
热敏电阻式温度传感器的特点：结构简单、工作可靠、制 造成本低、测量精度高，在汽车上得到了广泛的应用。
R
3
1
2
T
图3-1 热敏电阻特性曲线 1－正温度系数型(PTC)；2－负温度系数型(NTC)；3－临界温度型(CTR)
热敏电阻式传感器的应用
汽车上各部位温度（如发动机温度、进气温度、空调出风 的温度）的测量几乎都采用负温度系数型（NTC）热敏电阻式 温度传感器。
El
dRl aX
K
(3-6)
E
dR
d
Kw
（3-7）
➢获得高分辨率的结构方案 ： 线绕式结构 ➢线绕式结构的两大缺点：
1、电阻的变化是台阶状（当滑动触点从一圈导线移至下 一圈时，电阻值不是连续变化，而是呈现出一个一个的台阶）；
2、呈现出电感式阻抗。 ➢解决方案 ：用碳膜或导电塑料制做滑变电阻式传感器。 ➢滑变电阻式传感器的优点：
—电阻率， mm2 / m ； L —金属丝的长度，m ；
A —金属丝的截面积，mm2 。
当金属丝受到拉伸或压缩时，由于金属丝的长度L和截面积 A要发生变化，因此电阻值R亦会发生变化。为了了解其变化规 律，下面对式（3-8）进行微分得：
第3章电阻应变片式传感器1-PPT讲义
bhfrbhfr测量bk2s产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切s梁结构拉压输出对称性好测量精度高结构紧凑安装方便广泛用于机电结合秤料斗秤包装秤等各种测力称重系统中供桥电压12vdc输入阻抗38020输出阻抗35010绝缘电阻2000m工作温度1050bk采用轮辐式结构高度低抗偏抗侧能力强测量精度高性能稳定可靠安装方便是大中量程精度传感器中的最佳形式广泛用于各种电子衡器和各种力值测量如汽车衡轨道衡吊勾秤料斗秤技术参数量程t12510203050供桥电压12vdc灵敏度152mvv输入阻抗73020非线性fs00300501输出阻抗70010重复性fs00300501绝缘电阻2000m滞后fs00300501工作温度1050允许过负荷120fs热零点偏移fs10主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件
产生的原因：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。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •应变效应：即导体或半导体材料在外界力的作
用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，
这种现象称为“应变效应”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
产生的原因：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。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •应变效应：即导体或半导体材料在外界力的作
用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，
这种现象称为“应变效应”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
第3章 电阻式传感器原理及其应用
第3章 电阻式传感器原理及其应用
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
简述电阻应变片传感器的工作原理。
简述电阻应变片传感器的工作原理。
电阻应变片传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器，它能够测量材料在受力情况下的应变变化，进而转化为电阻值的变化。
本文将就电阻应变片传感器的工作原理进行简要介绍，以便读者对其基本原理有所了解。
电阻应变片传感器的基本结构由一个薄膜或金属片组成，当外力作用于这些材料时，会引起其形变。
这种形变会导致电阻应变片的几何尺寸发生微小变化，在弹性变形范围内，形变与外力成正比。
这一点是电阻应变片传感器能够测量应变的基础。
电阻应变片传感器中常使用的材料包括硅、铝、金属薄膜等，这些材料具有良好的弹性和导电性，使其能够感知外力的变化并将其转化为电信号。
一般情况下，电阻应变片传感器可以分为片式和网格式两种。
片式电阻应变片传感器可以将材料表面的应变转变为电阻变化，而网格式电阻应变片传感器则以网格形式设计，更加灵敏和稳定。
接着，当外力作用于电阻应变片传感器时，其材料会微小变形，从而使电阻值发生改变。
这种电阻值的变化可以通过接入电路测量出来，传感器输出的电阻值与外力的大小成正比。
通常情况下，传感器的输出信号会通过线性放大电路进行放大处理，以便用于后续的数据采集和控制系统中。
电阻应变片传感器的工作原理简而言之就是应变产生的电阻变化，这一电阻值的变化再通过测量电路转化为电信号输出。
利用这一原理，电阻应变片传感器可以实现在工程领域的多种应用，例如测力、称重、应变测量等。
电阻应变片传感器的工作原理基于材料的弹性形变与电阻值之间的关系，通过测量电路将这一关系转化为可用的电信号输出。
希望通过本文的介绍，读者能对电阻应变片传感器的工作原理有所了解，这对于进一步的学习和应用将有所帮助。
电阻式传感器
所谓指示应变ε指是指经过校准 的应变仪的应变读数，它是与应变片 的ΔR/R相对应的。真实应变ε真是 应变片的实际应变值。
30
图3-6 应变片的应变极限
第3章 电阻式传感器
一般情况下，影响应变极限大小的主要因素是 粘合剂和基底材料的性能。如使用过期的粘合剂， 因粘合剂与基底材料固定不充分，胶层与基底太厚 等，都会使应变极限达不到要求。
弹性模量是物质所具有的一种属性，它表示 某种材料反抗形变的能力。
物体单纯受张应力或压应力作用时，其应力与 应变的比值称为杨氏模量。 E F S Fl
l l Sl 14
第3章 电阻式传感器
电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变
Hale Waihona Puke 化的现象称为金属的电阻应变效应。
（3-1）
式中：ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度； A ——电阻丝的截面1积6
第3章 电阻式传感器
当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小 ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，为 研究电阻值的变化，将（3-1）式取自然对数：
ln R ln ln L ln A
dr dL
r
L
（3-4）
μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示轴向和径向应变方向相反
(dL为正时，dr为负）。
18
第3章 电阻式传感器
将 dA 2 dr 2 、 dL
Ar
L
代入
dR dL dA d
R LA
得
dR (1 2) d
R
（3-5）
19
第3章 电阻式传感器
或
dR R (1 2) d
第三章 应变传感器
第3章 应变传感器
3.2.2
薄膜的工作原理是基于材料的压电阻特性(即应力的变 化会引起电阻的变化)。电阻变化的原因是当材料受到应力 (或力)作用之后，电阻元件尺寸和材料电阻率发生了变化。 材料电阻率发生变化是由于应力对电子自由程的影响。一般 应力测量是采用金属线和金属片作为电阻元件，并将其接入 惠斯顿电桥的某一臂来测量电阻变化，从而得知应力的大小。 但金属片必须贴在需要测量的表面上，这样就限制了测量的 精度(因为应力不可能完全传送至金属片)，同时也限制了这 种传感器的最大工作温度。薄膜应力传感器可克服这些缺点。 因为薄膜应力传感器是由直接沉积在需要测量的表面上的压
第3章 应变传感器
2)
箔式应变片的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成的； 其箔栅厚度一般为0.003～0.01 mm；箔金属材料为康铜或合 金(卡玛合金、镍镕锰硅合金等)；基底可用环氧树脂、酚醛 箔式应变片有较多优点，可根据需要制成任意形状的敏 感栅；表面积大，散热性能好，允许通过比较大的电流；蠕
第3章 应变传感器
第3章 应变传感器
图3.2 薄膜传感器在室温下的蠕变曲线
第3章 应变传感器
图3.3 薄膜传感器在室温下的零点漂移曲线
第3章 应变传感器
图3.2和图3.3所示的曲线是这样测定的：在室温下，保
持不加载一小时进行调零，然后加上满量程压力并保持一小 时，同时记录在两个小时内的输出电平，作出偏离满度的数 值同时间的关系曲线。然后，去除压力，记录两小时内偏离 零点的数值与时间的关系曲线。图中所用的CEC1000型传感 器是一种溅射合金薄膜压力传感器。该传感器的蠕变与零点 漂移都远比粘贴式和非粘贴式压力传感器的低，在室温下其 蠕变和零漂曲线几乎同时间轴重合。图3.4和图3.5分别是温 度为120℃时的蠕变曲线和零漂曲线。由图3.4和图3.5可看出, 当温度升高时，蠕变和零漂都增大。无论哪种传感器，在使 用时都必须考虑这一问题。值得注意的是，蠕变和零漂一般
第3章-应变式传感器
10－5～ 1－02
10 ～ 140
F x
0～ 1－03 0～ 130
10－2～ 1－01
10 ～ 100
px
0～ 1－05 0～ 120
F, x px
10－2～ 1
1～ 100
第3章 应变式传感器
表3-2 常用弹性元件的结构和特性
类别 名称
平
波 纹 管 薄式
薄波 膜纹
管
波
膜纹
膜单
式圈
弹弹
挠簧 簧 性管
F x
x px px
px x
px F, x
px
x px
动态性质 时 间 常 数 /s 自 振 频 率 /Hz
10－5～ 1－02 10－2～ 1－01
10 ～ 140 10 ～ 100
10－2～ 1－01 —
10 ～ 100 10 0～ 1000
10－2～ 1
1～ 100
—
10 ～ 100
第3章 应变式传感器
第3章 应变式传感器
常用的粘结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯 树脂型、环氧树脂型和酚醛树脂型等。
粘贴工艺包括被测件粘贴表面处理、贴片位置确定、涂底 胶、 贴片、干燥固化、贴片质量检查、引线的焊接与固定以及 防护与屏蔽等。粘结剂的性能及应变片的粘贴质量直接影响应 变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数、线性以及 它们受温度变化影响的程度。可见，选择粘结剂和正确的粘结 工艺与应变片的测量精度有着极重要的关系。
d E
（3-10）
第3章 应变式传感器
dR
K R E
（3-12）
半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍， 但半导
传感器原理— 电阻应变式传感器
三、应变式电阻传感器的测量电路 • 1．电源接入方式 • 惠斯登电桥电路按照所提供电源的不同分 为直流电桥和交流电桥两种形式，其接入 方式如图所示。
电源接入方式
• 2．应变片接入方式
图： 应变片的三种接入方式
图： 应变式电阻传感器的实际电路
(一)电桥的主要特性
当R >> ∆R时
U i ∆R1 ∆R2 ∆R3 ∆R4 U0 = − − + 4 R R R R
• 1．力敏感元件 • 力弹性敏感元件大都采用等截面柱式、等 截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。图所示 为几种常见的力敏感元件。
图 几种常见的力敏感元件
• 2．压力敏感元件 • 常见的压力弹性敏感元件有弹簧管、波纹 管、膜盒、薄壁半球和薄壁圆管等。压力 敏感元件可以把液体或气体产生的压力转 换为位移量输出。下图所示为几种常见的 压力弹性敏感元件。
2、压力 、 压力测量演示
案例：冲床生产记数 案例： 和生产过程监测
案例：冲床生产记数 案例： 和生产过程监测
案例： 案例：机器人握力测量
小型压阻式固态压力传感器 低压进气口 高压进气口
绝对压力传感器
小型压阻式固态压力传感器 p1进气管 固态压力传 感器
p2进气管 呼吸、 呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种电阻传感器，
片
弹性敏感元件、 它主要由①弹性敏感元件、②电阻应变 组成。 ③测量转换电路组成。
利用电阻应变式传感器可以测量力、位移
等参数。 、形变、加速度等参数。 形变、
图2-3 电子秤中的应变式电阻传感器
一、弹性敏感元件
• 弹性敏感元件是一种在力的作用下产生变 形，当力消失后能恢复成原来状态的元件， 是电阻式传感器的敏感元件。它通过与被 测物件接触，能直接感受到被测的量的变 化。因而在传感器中占有非常重要的地位， 其质量的优劣直接影响应变式电阻传感器 的性能和测量精度。
第3章 电阻应变式传感器
R1 R2 ∆R1 ∆R2 ∆R3 ∆R4 U I U0 = − + − 2 (R1 + R2 ) R1 R2 R3 R4
通常采用全等臂形式工作，即Rl＝R2＝R3＝R4(初始值)。 且当四个桥臂均为应变片时,其相应的电阻变化为
∆R1 , ∆R2 , ∆R3和∆R4
UI 这样式(3-3)可变为： U 0 = 4
例：半桥测量时进行温度补偿。测量下图中的试件时，采用两片型号、 初始电阻值和灵敏度都相同的应变片Rl和R2。Rl贴在试件的测试点上，R2 贴在试件的应变为零处，或贴在与试件材质相同的不受力的补偿块上。 Rl和R2处于相同的温度场中，并接成双臂电桥(相邻臂)形式。当试件受 力并有温度变化时，应变片Rl的电阻变化率为： ∆R1/R1=∆R1e/R1e+∆R1t/R1 式中：∆R1e/R1e——R1由应变引起的电阻变化率； ∆R1t/R1——Rl由温度引起的电阻变化率。 应变片R2(温度补偿片)的电阻变化率为：∆R2/R2=∆R2e/R2e
如半导体硅，πL=(40～80)×10-11m2/N， E=1.67×1011N/m2，则k0=πLE＝50～100。显然半导 体电阻材料的灵敏系数比金属丝的要高50～70倍。
二、结构特点
1、体形半导体应变片 条状半导体单晶硅或锗。 2、扩散性半导体应变片 最常用的半导体电阻材料有硅和锗，掺入杂质可 形成P型或N型半导体。 注意事项： 注意事项：由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料， 因此它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型 有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力 时，其电阻的变化方式不同)。
3-2金属电阻应变式传感器
一、电阻应变效应：假设金属应变片金属丝的长度为L，截面积为A、半 径为r、电阻率为ρ，则金属丝的初始电阻R可表示为：
通常采用全等臂形式工作，即Rl＝R2＝R3＝R4(初始值)。 且当四个桥臂均为应变片时,其相应的电阻变化为
∆R1 , ∆R2 , ∆R3和∆R4
UI 这样式(3-3)可变为： U 0 = 4
例：半桥测量时进行温度补偿。测量下图中的试件时，采用两片型号、 初始电阻值和灵敏度都相同的应变片Rl和R2。Rl贴在试件的测试点上，R2 贴在试件的应变为零处，或贴在与试件材质相同的不受力的补偿块上。 Rl和R2处于相同的温度场中，并接成双臂电桥(相邻臂)形式。当试件受 力并有温度变化时，应变片Rl的电阻变化率为： ∆R1/R1=∆R1e/R1e+∆R1t/R1 式中：∆R1e/R1e——R1由应变引起的电阻变化率； ∆R1t/R1——Rl由温度引起的电阻变化率。 应变片R2(温度补偿片)的电阻变化率为：∆R2/R2=∆R2e/R2e
如半导体硅，πL=(40～80)×10-11m2/N， E=1.67×1011N/m2，则k0=πLE＝50～100。显然半导 体电阻材料的灵敏系数比金属丝的要高50～70倍。
二、结构特点
1、体形半导体应变片 条状半导体单晶硅或锗。 2、扩散性半导体应变片 最常用的半导体电阻材料有硅和锗，掺入杂质可 形成P型或N型半导体。 注意事项： 注意事项：由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料， 因此它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型 有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力 时，其电阻的变化方式不同)。
3-2金属电阻应变式传感器
一、电阻应变效应：假设金属应变片金属丝的长度为L，截面积为A、半 径为r、电阻率为ρ，则金属丝的初始电阻R可表示为：
电阻应变片传感器
2.2.5 电阻应变片的种类、材料
引线
覆盖层
基片
b
L
电阻丝敏感栅
箔式应变片优点:
①可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅，其栅长最 小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求；
②横向效应小；
③散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度； ④蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长；
⑤生产效率高，便于实现自动化生产。金属箔的材料常
2.2.4金属电阻应变片基本特性
（1）横向效应 将金属丝绕制成敏感栅后，在同样的拉伸力作用下沿拉 伸力方向的直线段仍感受纵向拉应变而伸长；但弯曲的圆弧 段在感受纵向拉应变的同时，也感受与纵向拉应变相反的横 向压应变，称之为横向效应，且弯曲半径越大，横向效应越 严重，致使电阻的增加值减小，应变片灵敏系数降低。
l
t2
l 0 (1 t ) l 0 l 0 m t
m
l t 2 l t 2 l 0 l 0 mt
0 t1
l 为温度为t0时的应变丝长度；l 为温度为t时的应变丝长度； l t 2 为温度为t时应变丝下的试件长度；βg为应变丝的线膨胀系
数；βm为试件的线膨胀系数；l 、 l 分别为温度变化 时应 t2 变丝和试件的膨胀量。
at ( m g )t K
（2-23）
2.5.2 温度补偿方法
温度补偿方法，分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 1. 桥路补偿法
桥路补偿法也称补偿片法。应变片通常是作为平衡电桥的一个 R 臂测量应变的，图2-6中 R 为工作片， 为补偿片。
1
2
工作片R 粘贴在试件上需要测量应变的地方，补偿片R2 粘贴在一 块不受力的与试件相同材料上，这块材料自由地放在试件上或其 附近，如图2-6b所示。当温度发生变化时，工作片 R 和补偿片R R 的电阻都发生变化，而它们的温度变化相同， 和 R为同类应变片， R 又粘贴在相同的材料上，因此 和 R分别接入电桥的相邻两桥臂， 则因温度变化引起的电阻变化作用相互抵消，这样就起到了温度 补偿的作用。
第3章 电阻式传感器
通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为 电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。
3. 主要特性 （1）应变片灵敏系数 k
k0 表征金属丝的灵敏系数，但金属丝做成应变片后，电阻应变特征 与单根金属丝不同。 实际的灵敏系数包括基片、粘合剂、敏感栅的横向效应等因素。做 成应变片以后灵敏系数与k0不同，必须重新标定。 通常采用实验的方法，按统一的标准，如受单向力拉力或压力，试 件材料为钢，箔松系数μ=0.285； 取成品的 5% 进行测定，取平均值做产品的灵敏系数，称标称灵敏 系数k ，即产品出厂时标注的灵敏系数。 实验表明，应变片灵敏系数小于电阻丝灵敏系数，即k＜k0 如果实际 应用与标定条件不同时，k 误差较大需要修正。
• • •
（2）横向效应
直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但圆弧部分应变状态 不同，圆弧段电阻的变化小于沿轴向摆放的电阻丝电阻变化。
实际应变变化 ε = ΔL/L 比拉直了看要小，可见直线的电阻丝作成 敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同。
☻ 园弧部分使灵敏系数 k0↓下降，这种现象
称为横向效应。敏感栅越窄、基长越长， 横向效应越小。
R3 R1 R1 U0 E R R R R R R 1 2 2 3 4 1
按等臂电桥：
R3 R1 R1 U0 E R1 R1 R 2 R 2 R3 R 4
R 2 / R1 R 4 / R 3
n R 2 / R1
U0 E
n ( R1 / R1 ) (1 R1 / R1 n ) 1 n
• 由于 R 1 R 1 ，忽略分母中 R1 / R1 • 电桥输出电压可近似为 电桥输出的电压灵敏度为
3. 主要特性 （1）应变片灵敏系数 k
k0 表征金属丝的灵敏系数，但金属丝做成应变片后，电阻应变特征 与单根金属丝不同。 实际的灵敏系数包括基片、粘合剂、敏感栅的横向效应等因素。做 成应变片以后灵敏系数与k0不同，必须重新标定。 通常采用实验的方法，按统一的标准，如受单向力拉力或压力，试 件材料为钢，箔松系数μ=0.285； 取成品的 5% 进行测定，取平均值做产品的灵敏系数，称标称灵敏 系数k ，即产品出厂时标注的灵敏系数。 实验表明，应变片灵敏系数小于电阻丝灵敏系数，即k＜k0 如果实际 应用与标定条件不同时，k 误差较大需要修正。
• • •
（2）横向效应
直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但圆弧部分应变状态 不同，圆弧段电阻的变化小于沿轴向摆放的电阻丝电阻变化。
实际应变变化 ε = ΔL/L 比拉直了看要小，可见直线的电阻丝作成 敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同。
☻ 园弧部分使灵敏系数 k0↓下降，这种现象
称为横向效应。敏感栅越窄、基长越长， 横向效应越小。
R3 R1 R1 U0 E R R R R R R 1 2 2 3 4 1
按等臂电桥：
R3 R1 R1 U0 E R1 R1 R 2 R 2 R3 R 4
R 2 / R1 R 4 / R 3
n R 2 / R1
U0 E
n ( R1 / R1 ) (1 R1 / R1 n ) 1 n
• 由于 R 1 R 1 ，忽略分母中 R1 / R1 • 电桥输出电压可近似为 电桥输出的电压灵敏度为
第3章：电阻应变传感器
第一节 弹性敏感元件
• • （1）等截面圆柱式 等截面圆柱式弹性敏感元件，根据截面形状可分 为实心圆截面形状及空心圆截面形状等，如图3.3（a）、 图3.3（b）所示。它们结构简单，可承受较大的载荷， 便于加工。实心圆柱形的可测量大于10kN的力，而空 心圆柱形的只能测量l ~ 10kN的力。 • （2）圆环式 • 圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大， 因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。但它 的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。由于圆 环式弹性敏感元件各变形部位应力不均匀，采用应变 片测力时，应将应变片贴在其应变最大的位置上。 圆 环式弹性敏感元件的形状如图3.3（c）、图3.3（d）所 示。
不平衡电桥
3.2 不平衡单臂电桥的工作特性
单臂R1为敏感元件变化的电桥输出为： R1 U0 Us R3 R2 R1 (1 )(1 )
R1 R4
对串联对称电桥： 由R1=R2,R3=R4,得 由
1 1 Q
1 U0 Us Us (2 ) 2 4 1 2
R2 R2 R2 且 R1 R2
则 U ( R1 R1 ) R4 ( R2 R2 ) R3 Us 0 ( R1 R1 R2 R2 )( R3 R4 )
1 U s 2
灵敏度
线性度
比单臂电桥高一倍
3.4 双差动电桥的工作特性
设： R1＝R2＝R3＝R4
要制成电阻应变片，用单一金属丝难以实现， 所以用金属丝绕制。如用直径为0.015～0.05mm 的细金属丝绕成栅网状，并粘贴在绝缘的基片上， 两侧由引线接出，线栅上再覆盖一层绝缘保护膜。 一般线栅面积为 310mm2,阻值为 60～150
结构及材料 金属丝电阻应变片的典型结构见图。它主要由粘合 层1、3，基底2、盖片4，敏感栅5，引出线6构成。
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K
U
金属丝应变片:
dR R
(1 + 2 ) ε
从上述可知,当电源电压E和电阻相对变化量 ΔR1/R1 一定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也 是定值,且与各桥臂电阻阻值大小无关.
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器 3. 非线性误差及其补偿方法
航空与机械工程学院
压与电阻相对变化成正比的理想情况下得到的,实际情况则应 按下式计算, 即
3.1 概述
航空与机械工程学院
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 按敏感元件与被测对象之间的能量关系 物性型: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换. 水银温度计. 实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. 例如:电容式和电感式传感器.
3.1 概述
航空与机械工程学院
2. 传感器的构成
传感器由敏感器件与辅助器件组成. 传感器由敏感器件与辅助器件组成.敏感器件 的作用是感受被测物理量,并对信号进行转换输出. 的作用是感受被测物理量,并对信号进行转换输出. 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大, 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大, 阻抗匹配,以便于后续仪表接入. 阻抗匹配,以便于后续仪表接入.
+
Uo
当电桥平衡时,Uo=0,则有
-
R4
R1R4=R2R3 或
为电桥平衡条件
R1 R3 = R2 R4
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
航空与机械工程学院
2.电压灵敏度 2.电压灵敏度
应变片工作时,其电阻值变化很小,电桥相应输 出电压也很小,一般需要加入放大器进行放大.由于 放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多,所以此时 仍视电桥为开路情况.当受应变时,若应变片电阻变 化为ΔR,其它桥臂固定不变,电桥输出电压Uo≠0, 则电桥不平衡,输出电压为
3.2电阻应变式传感器 有:
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dR dρ = ε + 2 ε + R ρ
金属丝应变片: 金属丝应变片:
对金属材料,导电率不变: 对金属材料,导电率不变:
dR = (1 + 2 ) ε R
应变计
3.2电阻应变式传感器 金属应变计
航空与机械工程学院
3.2电阻应变式传感器
航空与机械工程学院
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器 3) 应变片测量电路 1. 直流电桥平衡条件
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E为电源电压,R1,R2,R3及R4为桥臂电阻,RL为负载电阻 当RL→∞时,电桥输出电压为
R1 R3 Uo = E R +R R +R 2 3 4 1
A B R1 R2 C R3 D E RL Io
R1 + R1 R3 Uo = E R + R + R R3 + R4 1 2 1 = R1 R 4 ( R1 + R1 + R 2 )( R 3 + R 4 )
R 4 R1 R 3 R1 = E R R1 R 2 1 + 1 + 4 + R1 R1 R3
n R1 式 U o = (1 + n )2 R E 是略去分母中的ΔR1/R1项,电桥输出电 1
R1 n R1 ' Uo = E R1 1 + n + (1 + n ) R1
' U o 与ΔR1/R1的关系是非线性的,非线性误差为
R1 ' Uo Uo R1 γL = = R1 Uo 1+ n + R1
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
航空与机械工程学院
Uo n KU = = E 2 R1 (1 + n ) R1
从上式分析发现: ① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压, 供电电 压越高, 电桥电压灵敏度越高,但供电电压的提高受到应 变片允许功耗的限制,所以要作适当选择; ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数,恰当 地选择桥臂比n的值,保证电桥具有较高的电压灵敏度. 当E值确定后,n取何值时才能使KU最高.
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
航空与机械工程学院
为了减小和克服非线性误差,常采用差动电桥如图所示, 在试件上安装两个工作应变片,一个受拉应变,一个受压应变, 接入电桥相邻桥臂,称为半桥差动电路, 如图(a) 所示. 该 电桥输出电压为
B R1+R1 A R2-R2 C R3 D B
+
R1+R1 A
R2-R2 C
+
Uo
Uo
R4
-
R3-R3 D
R4+R4
-
E
E
(a)
图 差动电桥
(b)
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
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R1 + R1 R3 Uo = E R + R + R R R + R 1 2 2 3 4 1
若ΔR1=ΔR2,R1=R2,R3=R4,则得
机电工程测量
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第三章 电阻应变式传感器
本章学习要求: 本章学习要求: 1.了解传感器的分类 2. 掌握金属应变片传感器的机构原 理及特性 对电阻应变片测量电桥的分析, 3.对电阻应变片测量电桥的分析,掌 握电桥的结构, 形式, 握电桥的结构 , 形式 , 特点及相关 的计算. 的计算.
3.2电阻应变式传感器
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5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上. 5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上. 焊线 6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织,应 6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织, 用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织 大于500M 500M欧 大于500M欧. 7.应变片保护: 704硅橡胶覆于应变片上, 7.应变片保护:用704硅橡胶覆于应变片上,防止 应变片保护 硅橡胶覆于应变片上 受潮. 受潮.
3) 应变片的主要参数
1)几何参数:表距L和丝栅宽度b,制造厂常用 几何参数:表距L和丝栅宽度b 表示. b×L表示. 2)电阻值:应变计的原始电阻值. 电阻值:应变计的原始电阻值. 3)灵敏系数:表示应变计变换性能的重要参数. 灵敏系数:表示应变计变换性能的重要参数. 4)其它表示应变计性能的参数(工作温度,滞后, 其它表示应变计性能的参数(工作温度,滞后, 蠕变,零漂以及疲劳寿命,横向灵敏度等). 蠕变,零漂以及疲劳寿命,横向灵敏度等).
V
3.1 概述
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3. 传感器的分类
1)按被测物理量分类 1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 流量; 声压,噪声. 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 温度: 温度,热量,比热. 亮度, 光: 亮度,色彩
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
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如果是四等臂电桥,R1=R2=R3=R4,即n=1, 则
R1 2 R1 γL = R1 1+ 2 R1
对于一般应变片来说,所受应变ε通常在5000μ以下,若取
KU=2,则ΔR1/R1=KUε=0.01,代入式计算得非线性误差为0.5%;
若KU=130,ε=1000μ时,ΔR1/R1=0.130,则得到非线性误差为 6%,故当非线性误差不能满足测量要求时,必须予以消除.
E R1 Uo = 2 R1
由式可知,Uo与ΔR1/R1成线性关系,差动电桥无非线性 误差,而且电桥电压灵敏度KU=E/2,是单臂工作时的两倍, 同时还具有温度补偿作用.
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
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若将电桥四臂接入四片应变片,如图(b)所示,即两个受 拉应变,两个受压应变,将两个应变符号相同的接入相对桥臂 上,构成全桥差动电路.若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4,且R1=R2=R3=R4, 则
第三章, 第三章,电阻应变片式传感器
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3.1 概述
1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转 换成另一种信息的装置. 换成另一种信息的装置. 物理量 电量
目前,传感器转换后的信号大多为电信号. 目前,传感器转换后的信号大多为电信号. 因而从狭义上讲, 因而从狭义上讲,传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置. 号转换成电信号的装置.
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器 由dKU/dn = 0求KU的最大值,得
dKU 1 n2 = =0 3 dn (1 + n )
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求得n=1时,KU为最大值.这就是说,在供桥电压确定后,当
R1=R2=R3=R4时,电桥电压灵敏度最高,此时有
U
o
= =
E 4 E 4
=
R1 R1
3.2电阻应变式传感器 电阻应变式传感器
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设桥臂比 n=R2/R1 ,由于ΔR1<<R1 ,分母中ΔR1/R1 可忽略, 并考虑到平衡条件 R2/R1=R4/R3 , 则上式可 写为
n R1 Uo = E 2 (1 + n ) R1
电桥电压灵敏度定义为
Uo n KU = = E 2 R1 (1 + n ) R1
3.2 电阻应变式传感器
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电阻应变式传感器--应变片 电阻应变式传感器--应变片 -电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效 即金属导体在外力作用下发生机械变形时, 应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其 电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短) 电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发 生变化象. 生变化象.