KC04040205-m06学习辅导-电阻应变式传感器的测量电路.
电阻式应变式传感器 使用方法
电阻式应变式传感器使用方法电阻式应变式传感器是一种常见的测量物理量的传感器，它依靠电阻值的变化来检测应变量的变化。
电阻式应变式传感器广泛应用于材料力学、结构工程、自动控制等领域，并且具有测量范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点。
使用电阻式应变式传感器进行应变测量，需要注意以下几个步骤：1. 安装传感器。
在进行测量之前，需要将传感器安装在需要测量的物体表面上。
通常使用粘合剂将传感器牢固地固定在物体表面上，确保传感器与物体表面之间无空隙。
安装时需要注意传感器的方向和位置，以使其可以准确地接收到应变信号。
2. 连接导线。
将传感器颜色相同的导线分别接入电源和测量仪表，确保连接稳定可靠。
在连接导线时需要注意引线的关键部位，如接口处应避免弯曲和扭曲，以免影响信号传输。
3. 校准传感器。
在进行实际测量之前，需要对传感器进行校准操作，以保证测量结果的准确性和可靠性。
校准可以通过应用已知应变强度的负载或通过比较不同读数的方式进行。
校准操作必须按照传感器厂家提供的说明书或者专业人士的指导进行。
4. 进行测量。
连接密采集电压表或其他测量设备并打开电源，在需要测量的物体上施加应变。
通过监测传感器输出的电信号、计算和处理数据，可以得到测量物体的应变值。
1. 传感器的选型。
应按照测量对象的特点，如温度、形状、强度等特点进行选型，在选择传感器时需要考虑所需的精度、测量范围等因素，并根据需要选择一种合适的传感器。
2. 传感器的安装。
传感器与被测物体之间应平整牢固，尽可能避免使用粘合剂等材料对传感器产生影响。
3. 校准传感器。
校准操作是保证测量结果准确和可靠的前提，需要按照相关规范和说明书严格执行校准步骤。
4. 环境影响。
传感器受环境的影响比较大，如在强电、强磁等情况下会产生干扰，需要采取相应措施来减少影响。
总之，电阻式应变式传感器在测量物理量方面具有很高的精度和灵敏度，并在工业生产和科学研究等领域有着广泛的应用。
其使用需要根据传感器的特点、测量对象的特点和测量环境等因素来进行考虑，以确保测量结果的准确性和可靠性。
电阻应变式传感器测量电路实验报告
电阻应变式传感器测量电路实习报告院系：电子通信工程系班级：应电班组别：第组日期：2013年3月17日实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压U=EKε/4。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源。
接线图如图所示：3、将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节Rw1，使数显表显示为零。
电阻应变式传感器实验报告
电阻应变式传感器实验报告电阻应变式传感器实验报告导言：电阻应变式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域。
本实验旨在通过实际操作和数据收集，了解电阻应变式传感器的原理和应用。
一、实验目的本实验的目的是通过测量电阻应变式传感器在不同应变下的电阻变化，了解其工作原理和特性。
同时，通过实验数据的处理，掌握电阻应变式传感器的灵敏度和线性范围。
二、实验器材和原理1. 实验器材：- 电阻应变式传感器- 电源- 电压表- 电流表- 变压器- 桥式电路- 数据采集仪2. 实验原理：电阻应变式传感器是利用材料在受力作用下产生应变，从而改变电阻值的原理。
当传感器受到外力作用时，其内部的应变片会产生应变，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以间接得到外力的大小。
三、实验步骤1. 将电阻应变式传感器连接到桥式电路中，调节桥臂上的电阻，使得桥路平衡。
2. 施加外力，使传感器产生应变。
3. 通过电压表和电流表测量桥路的电压和电流值。
4. 记录不同应变下的电压和电流值，并计算电阻值的变化。
四、实验数据处理1. 根据实验记录的电压和电流值，计算电阻值的变化。
2. 绘制电阻值与应变的关系曲线，分析其线性范围和灵敏度。
3. 根据实验结果，评估电阻应变式传感器的性能和适用范围。
五、实验结果和讨论根据实验数据处理的结果，我们可以得出电阻应变式传感器在不同应变下的电阻变化曲线。
通过分析曲线，我们可以确定其线性范围和灵敏度。
同时，我们还可以评估传感器的稳定性和精确度。
六、实验结论通过本实验，我们深入了解了电阻应变式传感器的工作原理和特性。
实验结果表明，电阻应变式传感器具有较好的线性范围和灵敏度，适用于各种测量场合。
然而，其稳定性和精确度仍需进一步改进。
七、实验总结本实验通过实际操作和数据处理，使我们对电阻应变式传感器有了更深入的认识。
同时，也让我们了解到传感器在实际应用中的一些局限性和改进方向。
通过不断的实验和研究，我们可以进一步提高传感器的性能和精确度，以满足不同领域的需求。
《电阻应变式传感器》课件
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应，即当半导体受到外力作用时 ，其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
电阻应变式传感器的工作原理及应用
成本较高
电阻应变式传感器的制造成本 较高，价格相对较贵。
对激励电源要求高
电阻应变式传感器需要稳定的 激励电源，对电源的要求较高
。
05 发展趋势与展望
技术创新与改进
微型化
随着微电子和纳米技术的发展， 电阻应变式传感器正朝着微型化 方向发展，以提高测量精度和灵
敏度。
智能化
集成化、智能化的传感器已成为趋 势，通过与微处理器和算法结合， 实现自校准、自补偿和自适应等功 能。
电阻应变片的结构与工作原理
01 基底
02 敏感栅
03 引线
04 盖片
05 工作原理
支撑电阻丝并传递应力的 介质。
由金属丝或金属箔制成的 敏感元件，用于感受形变 并产生电阻变化。
连接敏感栅与测量电路的 导线。
保护敏感栅和引线的覆盖 层。
当被测物体受到外力作用 时，粘贴在其上的电阻应 变片会随之产生形变，导 致敏感栅的电阻值发生变 化。通过测量电路可以测 量出电阻值的变化，从而 推算出受力的大小。
传感器简介
电阻应变式传感器由敏感元件、转换元件和测量电路组成， 其中敏感元件负责感知被测量的变化，转换元件将敏感元件 输出的应变信号转换为电信号，测量电路则对电信号进行测 量和输出。
电阻应变式传感器的敏感元件通常采用金属箔、金属丝等材 料，当受到外力作用时，这些材料会发生形变，导致其电阻 值发生变化，从而输出相应的电信号。
多功能化
为了满足复杂环境下的测量需求， 电阻应变式传感器正朝着多功能化 方向发展，如压力、温度、湿度等 多参数测量。
应用领域的拓展
医疗健康
01
用于监测生理参数，如血压、心电等，为医疗诊断和治疗提供
支持。
智能制造
电阻应变式传感器实验报告
电阻应变式传感器实验报告
实验目的：
1. 了解电阻应变式传感器的工作原理
2. 掌握使用电阻应变式传感器进行力的测量的方法
3. 学习利用电阻应变式传感器测量应变和转换为电信号的过程
实验器材：
1. 电阻应变式传感器
2. 力传感器
3. 电源
4. 模数转换器
5. 电压计
实验步骤：
1. 搭建实验电路，将电源与电阻应变式传感器、模数转换器和电压计连接起来。
2. 将电阻应变式传感器安装在测量目标上，如测量弹簧的伸缩变化。
3. 通过调整电源的电压，使电阻应变式传感器的输出电压适合模数转换器的输入范围。
4. 通过读取电压计上的电压数值，记录下电阻应变式传感器输出的电压。
5. 通过改变测量目标的力大小，观察电阻应变式传感器输出电压的变化。
实验结果：
1. 根据实验数据计算出电阻应变式传感器的灵敏度。
2. 绘制出电阻应变式传感器输出电压与力大小的关系曲线。
3. 根据曲线上的数据点，计算出力与电阻应变式传感器输出电压之间的线性关系。
实验分析：
1. 分析电阻应变式传感器的工作原理，解释实验结果。
2. 探讨电阻应变式传感器的优缺点，以及其在实际应用中的使用场景。
结论：
通过实验，我们成功地使用电阻应变式传感器进行了力的测量，并了解了电阻应变式传感器的工作原理和应用。
我们还计算了电阻应变式传感器的灵敏度，并绘制了力和电压之间的关系曲线。
实验结果表明，电阻应变式传感器在测量力方面具有较高的精度和稳定性，适用于各种应用领域。
传感器原理与应用课件 第4章 电阻应变式传感器
由四个电阻应变片组成桥式电路，相对两片受拉，另相对两片受压，输出电压 是单片电阻应变片的8倍，提高了灵敏度和减小了非线性误差。
差分放大电路
作用
将电桥输出信号进行放大，便于 传输和处理。
特点
具有抑制零点漂移、抑制干扰信 号和共模信号、提高放大倍数等 作用。
电压放大电路
作用
将差分放大电路的输出信号进一步放大，以满足后续处理电路的需要。查传感器的重复性。
线性校准
在多个不同的应变状态下，检 查传感器的线性输出。
维护与保养
定期清洁
使用柔软的干布清洁传感器表 面，避免使用含有化学物质的
清洁剂。
检查电缆
定期检查电缆是否破损或松动 ，保持电缆干燥。
防尘防水
保持传感器表面清洁，避免灰 尘和水的侵入。
存储
在长期不使用时，将传感器存 放在干燥、无尘的地方。
常见故障与排除方法
01
02
03
无输出
检查电源是否正常，检查 电缆是否连接良好，检查 传感器是否损坏。
输出不稳定
检查周围是否存在干扰源 ，检查传感器是否安装牢 固。
精度下降
可能是由于长期使用或环 境因素导致的，需要进行 校准或更换传感器。
THANKS
其他类型的电阻应变式传感器
01
其他类型的电阻应变式传感器包 括薄膜电阻应变片、厚膜电阻应 变片等。
02
这些传感器具有不同的结构和工 作原理，适用于不同的应用场景 。
03
电阻应变式传感器的测量电 路
电桥电路
差动半桥电路
由两个电阻应变片反向串联组成，输出电压与单片电阻应变片的输出电压相比 提高了一倍，减小了温度误差。
振动测量
电阻应变式传感器资料课件
优点与局限性
高精度测量
电阻应变式传感器具有较高的测量精 度，能够满足多种高精度测量需求。
稳定性好
传感器结构简单，稳定性好，长期使 用不易出现故障。
优点与局限性
抗干扰能力强
传感器输出的信号较大，不易受到外界干扰的影响。
应用范围广
电阻应变式传感器可应用于多种行业和领域，如压力、位移、力等的测量。
优点与局限性
在电子称重系统中的应用
01
电子称重系统
利用电阻应变式传感器测量物体的质量或重量，如电子秤、天平等。
02
原理
当被测物体放置在传感器上时，传感器受到压力产生应变，导致电阻值
发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到物体的质量或重量。
03
应用领域
食品行业、制药行业、实验室等。
05
电阻应变式传感器的优缺点与 发展趋势
应用领域
工业过程控制、气瓶压力监测、汽 车发动机管理等。
在加速度计中的应用
加速度计
01
利用电阻应变式传感器测量物体的加速度，如振动监测、车辆
安全系统等。
原理
02
当加速度作用在敏感元件上时，敏感元件产生应变，导致电阻
值发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到加速度值。
应用领域
03
振动监测、车辆安全系统、地震监测等。
电阻应变片的种类与特性
电阻应变片有多种类型，如单轴、双轴和三轴应变片，不同类型的应变片 适用于不同的测量需求。
应变片的特性包括灵敏度、线性范围、滞后、重复性、温度影响等，这些 特性对应变片的性能和使用具有重要影响。
应变片的灵敏度是指电阻值变化量与机械应变之间的比例系数，线性范围 是指应变片输出与输入之间保持线性关系的范围。
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1. 介绍电阻应变式传感器是一种常见的力、压力、扭矩、重量等物理量测量装置。
它通过测量物体受力或变形引起的电阻变化来实现物理量的测量。
本文将详细介绍电阻应变式传感器的工作原理及其应用。
1.1 传感器分类传感器可以根据其工作原理和测量物理量进行分类。
根据工作原理，传感器可以分为电阻、电容、电感、霍尔等类型。
根据测量物理量，传感器可以分为力、压力、温度、光等类型。
1.2 电阻应变式传感器的概述电阻应变式传感器属于电阻型传感器的一种。
它利用电阻材料的应变效应，将外界的力、压力等物理量转换为电阻值的变化。
电阻应变式传感器具有结构简单、精度高、可靠性好的特点，在工业领域得到广泛应用。
2. 原理电阻应变式传感器的工作原理基于电阻材料的应变效应，即当电阻材料受到外界力或压力作用时，材料的几何形状和尺寸发生变化，从而引起电阻值的变化。
2.1 电阻应变效应电阻应变效应是指电阻材料在受到应变作用下，电阻值发生变化的现象。
根据应变的类型，电阻应变效应可以分为拉伸应变效应和压缩应变效应。
拉伸应变效应是指电阻材料受到拉伸力作用后，电阻值增加；压缩应变效应是指电阻材料受到压缩力作用后，电阻值减小。
2.2 应变片电阻应变式传感器通常采用由电阻材料制成的应变片作为敏感元件。
应变片的几何形状和尺寸可以根据测量需求进行设计。
当外界力或压力作用于应变片时，应变片发生应变，从而导致电阻值的变化。
2.3 桥式电路为了能够测量电阻值的变化，电阻应变式传感器通常采用桥式电路进行测量。
桥式电路由四个电阻组成，其中两个电阻为应变片，另外两个电阻为补偿电阻。
当应变片受到力或压力作用时，其电阻值发生变化，从而使桥路出现失衡，产生输出信号。
2.4 输出信号电阻应变式传感器的输出信号通常为电压信号。
输出信号的大小和方向取决于桥路失衡的程度和方向，可以通过增益电路和滤波电路进行信号处理和放大。
3. 应用电阻应变式传感器广泛应用于力学实验、工业自动化、航空航天等领域。
KC04040205-m02-电阻应变式传感器的测量电路.
电阻应变式传感器的测量电路图1 电子秤平剖图1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４补偿电阻６可调支撑脚７底座如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。
弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。
研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。
非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。
由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。
为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。
经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。
该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。
根据图1a所示的结构形式：ε＝M／W．E （1）式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。
对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V0和桥压V i有如下关系：V0＝G F．ε．V i（2）式中：G F为应变电阻的应变系数。
将式（1）代入式（2），可得：V0＝G F．M．V i／W．E （3）对于矩形截面，W＝1／6b．h2式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。
由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。
若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M0：M0＝F（L／2－X）／2 （4）以式（4）代入式（3），可得：V0＝3F（L／2－X）G F．V i／b．h2．E （5）由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。
一、电阻应变式传感器的测量电路电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传)(434211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-∙3421R R R R =[][][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ∆-+∆+∆-+∆+∆--∆+=E R R ∙∆=感器。
简析电阻应变式传感器电桥测量电路
电阻应变式传感器是一种常用的测量物体受力或变形情况的传感器，通过测量物体的应变来获取所需的物理量。
而电桥测量电路则是用来测量电阻变化的一种常见电路，结合两者可以实现对物体受力或变形情况的准确测量。
一、电阻应变式传感器的基本原理和特点电阻应变式传感器是一种将物理量（如力、压力等）转化为电信号的传感器。
它的基本原理是通过应变片（或称为应变贴片）来感知物体的受力或变形情况，进而将其转化为电阻值的变化。
当物体受到外力作用时，应变片会产生应变，从而导致其电阻值发生变化，通过测量电阻的变化可以间接得到受力或变形的大小。
电阻应变式传感器的特点包括灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低廉等，因此在工业控制和自动化领域得到了广泛的应用。
二、电桥测量电路的基本原理和特点电桥测量电路是一种常见的用于测量电阻变化的电路，它利用电桥平衡原理来测量电阻的变化。
电桥由四个电阻组成，当电桥中的电阻发生变化时，会导致电桥的电平发生变化，通过测量这种变化可以得到电阻的大小。
电桥测量电路的特点包括精度高、稳定性好、适用范围广等，因此被广泛应用于各种电阻测量场合。
三、电阻应变式传感器与电桥测量电路的结合将电阻应变式传感器与电桥测量电路结合起来，可以实现对物体受力或变形情况的准确测量。
具体而言，可以通过将电阻应变式传感器的应变片接入电桥测量电路中来实现对电阻变化的测量，从而间接得到物体受力或变形的大小。
结合两者的特点，可以实现对物体受力或变形情况的高精度、高稳定性测量，适用于各种工业控制和自动化领域。
四、电阻应变式传感器电桥测量电路的优化和应用在实际应用中，为了提高测量的精度和稳定性，可以对电阻应变式传感器电桥测量电路进行优化。
可以根据具体的应用场景选择合适的电阻应变式传感器和电桥测量电路，进行匹配和调试，以实现最佳的测量效果。
电阻应变式传感器电桥测量电路在工业控制和自动化领域有着广泛的应用，例如在机械设备的负载检测、结构件的变形监测、地质勘探等领域都有着重要的作用。
电阻应变传感器的工作原理
电阻应变传感器的工作原理
电阻应变传感器利用电阻材料的电阻随应变量的变化原理来测量物体的应变。
它包括一个电阻片，当物体受力产生应变时，电阻片会产生形变，从而改变电阻值。
通常，电阻应变传感器会将电阻片安装在弹性基座上，以增加其敏感度。
当一个应变作用于电阻片时，电阻片会发生形变，从而改变电阻值。
这是由于弹性变形会使电阻片的几何形状发生变化，因此电阻材料的电阻也会随之变化。
具体来说，当应变导致电阻片的长度或宽度发生变化时，电阻值会相应地改变。
为了测量电阻值的变化，电阻应变传感器通常使用一个电桥电路。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个是电阻应变传感器的电阻。
当电阻应变传感器发生应变时，它的电阻值发生变化，从而使电桥电路的平衡条件打破。
通过测量电桥电路的输出电压来推断电阻值的变化，从而得到应变的信息。
总之，电阻应变传感器的工作原理是利用电阻材料的电阻随应变量的变化来测量物体的应变。
通过测量电阻的变化，可以间接推断出物体受力或形变情况。
应变片式电阻传感器的测量电路
2.3应变片式传感器的测量电路电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化，但电阻变化是很小的，用一般的电子仪表很难直接检测。
例如，常规的金属应变计的灵敏系数k 值在1.8~4.8之间，机械应变在10~6000με之间，相对变化电阻/R R k ε∆=就比较小。
例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为1000με，粘贴的应变计阻值120R =Ω，灵敏系数2k =，则其电阻的相对变化为6/21000100.002R R k ε-∆==⨯⨯=电阻变化率仅为0.2%。
这样小的电阻变化，必须用专门的电路才能测量。
测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化，电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。
2.3.1应变电桥电桥电路即是惠斯通电桥，其结构如图所示。
四个阻抗臂1234,,,Z Z Z Z 以顺时针排列，AC 是电源端，工作电压为U ；BD 为输出端，输出电压为0U 。
在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计，就叫应变电桥。
应变电桥按不同的方式可分为不同的类型，主要有以下分类方式。
1按工作臂分单臂电桥：电桥的一个臂接入应变计。
双臂电桥：电桥的两个臂接入应变计。
全臂电桥：电桥的四个臂都接入应变计。
2按电源分按电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。
图2.3.1 电桥电路的结构直流电桥的电源是直流电压，其桥臂只能接入阻性元件，主要用于应变电桥的输出，不需中间放大就可直接显示的情况。
例如半导体应变计的输出灵敏度高，可采用直流应变电桥作为测量电路，直接输出并显示结果。
交流电桥的电源是交流电压，其桥臂可以是阻性（R ）、感性（L ）或容性（C ）元件。
主要用于输出需放大的场合。
例如金属应变计的输出灵敏度较低，应采用这种交流应变电桥作为测量电路，以进一步放大输出。
3按工作方式分按工作方式不同，可分为平衡桥式电路和不平衡桥式电路。
平衡桥式电路又叫零位测量法，它带有调整桥臂平衡的伺服反馈机构，当仪表指示测量值时，电桥处于平衡状态。
零位测量法常用于高精度、长时间的静态应变测量。
电阻应变传感器的测量电路与应用
U 0 I1 R1 I 2 R4 R1 R4 Ui Ui R1 R2 R3 R4 R1 R3 R2 R4 Ui ( R1 R2 )( R3 R4 )
测量前，应将电桥调平衡 ，在电桥输出端A和 C之间接一检流计调桥臂电阻使检流计指示为0 ，输出电压U0=0，电桥达到平衡状态 。 电桥的平衡条件为R1R3= R2R4。
U0 Su Ui R R
（a）实心柱
（b）空心柱 图2－15 柱式力传感器
（c）柱面展开
被测物理量为荷重或力的传感器，称之为 应变式力传感器（Weighing sensor）
电阻应变式传感器的应用：测力
案例：桥梁固有频率测量
案例：电子秤
原理 将物品重量通过悬臂梁转 化结构变形再通过应变片 转化为电量输出。
U0 1 Su Ui R 2 R
R1 R3 R, R2 R4 R R1 R UO ( R1 R R2 R R4 R )U i R3 R R4 R R R R R ( )U i 2R 2R 2R Ui 2R KU i
(5) 应用 案例： 重量的自动检测--配料设备
原材料
原理 用弹簧将力转换为位移;再用变 阻器将位移转换为电阻的变化
比较
重量设定
案例：煤气包储量检测
特点： （1）测量量程大； （2）防爆； （3）可靠； （4）成本低。 钢丝
煤气包
原理 直接将代表煤气包储量的高度 变化转换为钢丝的电阻变化
案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
图2－18 圆筒式压力传感器
图2－19 膜片式压力传感器
U 0 U1 U 2 ( A1 A2 )h g
KC04040203-m04学习辅导-应变式传感器.
应变式传感器2.2应变式传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器的构造由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。
其主要缺点是输出信号小、线性范围窄，而且动态响应较差。
但由于应变片的体积小，商品化的应变片有多种规格可供选择，而且可以灵活设计弹性敏感元件的形式以适应各种应用场合，所以用应变片制造的应变式传感器在测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数中仍有广泛的应用。
2.2.1应力和应变截面积为A 的物体受到外力F 的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力，记作σ，其值为F Aσ= 应变是物体受外力作用时产生的相对变形，是一个无量纲的物理量。
设物体原长度为l ，受力后产生l ∆的变形，若l ∆>0，则表示物体被拉伸；l ∆<0，则表示物体被压缩。
其轴向应变ε定义为 l lε∆= 由于其量值非常小，常用微应变(με)作为单位，1με=610-ε。
若物体原半径为r ，受力后产生r ∆的变形，其径向应变定义为r r rε∆=轴向应变和径向应变的关系可表示为r εμε=- （2-3） 式（2-3）中，μ为泊松比，负号表示应变方向相反。
物体所受应力越大，其应变也将越大，胡克定律指明了应力和应变之间的关系。
即当应力未超过某一极限值时，应力与应变成正比。
其数学表达式为E σε= （2-4） 式（2-4）中，E 为弹性模量。
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。
2.2.2应变效应金属应变元件的工作原理基于导体的“应变效应”， 即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。
如图2 -9所示，一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为l R A ρ= （2-5）式（2-5）中： ρ——电阻丝的电阻率；l ——电阻丝的长度；A ——电阻丝的截面积。
电阻应变计式传感器课件
温度补偿与灵敏度
温度补偿
由于温度变化会影响电阻应变计的电阻值，因此需要进行温度补偿以消除温度对 测量的影响。
灵敏度
电阻应变计的灵敏度是指其电阻变化对应变力的敏感程度，灵敏度越高，测量精 度越高。
稳定性与可靠性
稳定性
电阻应变计在长时间使用过程中，其性能参数应保持稳定， 以保证测量的准确性。
可靠性
电阻应变计应具有较高的可靠性，能够承受各种恶劣环境条 件和工作条件，保证测量结果的可靠性。
电阻应变计式传感器是一种将应变信号转换为电信号的传感器，通过测量电阻 值的变化来检测应变。
工作原理
电阻应变计由敏感元件和电阻丝组成，当敏感元件受到外力作用产生应变时， 电阻丝的长度和截面积会发生变化，导致电阻值改变，从而输出电信号。
类型与特点
类型
电阻应变计式传感器有多种类型 ，如柱式、轮辐式、箔式和丝式 等，根据不ห้องสมุดไป่ตู้的应用需求选择合 适的类型。
误差。
温度误差
由于温度变化导致传感器电阻值 发生变化，从而影响测量精度。 可通过温度补偿或选用具有温度
稳定性的材料来减小误差。
滞后误差
由于传感器内部结构或粘结剂的 松弛，导致传感器响应滞后于施 加的载荷变化。可通过优化传感 器设计和制造工艺来减小误差。
日常维护与保养
01
清洁与防尘
定期清洁传感器表面，保持其良好的工作状态和测量精度。同时，避免
位移传感器
位移传感器是一种能够测量物体 位置变化的装置，广泛应用于机
械、电子、自动化等领域。
电阻应变计式位移传感器利用电 阻应变片将位移信号转换为电信 号，具有测量范围广、精度高、
可靠性高等优点。
常见的应用场景包括直线位移测 量、角度位移测量、振动监测等
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电阻应变式传感器的测量电路图1 电子秤平剖图1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４弹性体５补偿电阻６可调支撑脚７底座如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。
弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。
研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。
非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。
由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。
为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。
经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。
该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。
根据图1a所示的结构形式：ε＝M／W．E （1）式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。
对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V0和桥压V i有如下关系：V0＝G F．ε．V i（2）式中：G F为应变电阻的应变系数。
将式（1）代入式（2），可得：V0＝G F．M．V i／W．E （3）对于矩形截面，W＝1／6b．h2式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。
由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。
若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M0：M0＝F（L／2－X）／2 （4）以式（4）代入式（3），可得：V0＝3F（L／2－X）G F．V i／b．h2．E （5）由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。
电阻应变式传感器的测量电路电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。
电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。
导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。
电阻应变片)(434211R R R R R R E +-+=把机械应变信号转换为△R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。
因此，要采用转换电路把应变片的△R/R 变化转换成电压或电流变化。
其转换电路常用测量电桥。
直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。
下图为一直流供电的平衡电阻电桥，in E 接直流电源E ：图2.6 传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。
当忽略电源的内阻时，由分压原理有：AD AB BD o u u u u -==))((43214231R R R R R R R R E ++-∙3421R R R R =[][][])()()()()()(22R R R R R R R R E R R R R uo ∆-+∆+∆-+∆+∆--∆+=E R R ∙∆= = （2.2）当满足条件R 1R 3=R 2R 4时，即（2.3）o u =0，即电桥平衡。
式（2.3）称平衡条件。
应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。
若差动工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R ，R4=R+△R,按式（2.2），则电桥输出为E k ε= (2.4)常规的电阻应变片K 值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。
所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。
桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压Uo。
其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。
常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。
电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，因此测量时必须要注意。
其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：A.电阻丝温度系数引起的。
B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。
U0对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。
非线性误差是传感器特性中最重要的一点。
产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。
滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。
由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。
测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U out＝KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
前置大器部分经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低；经由电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。
为此，测量电路中常设有模拟放大环节。
这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
放大器的输入信号一般是由传感器输出的。
传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。
因此，一般对放大器有如下一些要求：1、输入阻抗应远大于信号源内阻。
否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。
2、抗共模电压干扰能力强。
3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。
从而保证放大器输出性能稳定。
4、能附加一些适应特定要求的电路。
如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。
因此放大电路采用仪器放大器，如：AD620，INA114等。
此类芯片一般由3个运算放大器组成，其中A1，A2接成射级跟随器形式，组成输入阻抗高的差动输入级，在两个跟随器之间的附加电阻Rg具有提高共模抑制比的作用，A3为双端输入，单端输出的输出级，以适应接地负载的需要，放大器的增益由电阻RG设定，典型仪器放大器的增益设置范围从1到1000。
以AD620为例，内部结构如下图所示：图2.8 AD620的内部等效图接口如下图所示：RgV V i in in G -+-=)21)((RgR V V in in +-=-+))(21(12-+-+-=-=in in O V V RgR U V )(-+-=in in O VV V U A )21(RgR +-=图2.9 AD620的接口图电路的工作原理：A1、A2工作在负反馈状态，其反向输入端的电压与同相输入端的电压相等。
即Rg 两端的电压分别为Vin+、Vin-。
因此（2.5）设图（2.8）中电阻R1=R2=R ，则A1、A2两输出端的电压差U 12为)(2112Rg R R i U G ++=（2.6） 将式（2.6）代入式（2.5）得放大器的增益Av 为（2.7） 可见，仅需调整一个电阻Rg ，就能方便的调整放大器的增益。
由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。
在接口图（2.9）中，通过改变可变电阻R3的阻值大小来改变放大器的增益，放大器增益计算公式如下：49.413K G R Ω=+ （2.8） AD620 具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特点。
其最大输入偏置电流为20nA ，这一参数反映了它的高输入阻抗。
AD620在外接电阻Rg 时，可实现1~1000范围内的任意增益；工作电源范围为±2.3~±18V ；最大电源电流为1.3mA ；最大输入失调电压为125μV ；频带宽度为120kHz （在G=100时）。
AD620 是一种低耗高精度仪表放大器。
仅需一个外接电阻即可得到1～1000范围内的任意增益；±2.3V ～±18V 的电源电压；低功耗，最大电源电流1.3mA ，最大输入失调电压125uV ，最大温度漂移1uV/℃，最大输入偏移电流20nA ；最小共模抑制比93dB （增益=10）；输入电压噪声9nV （1KHz ）；0.28uV 噪声 （0.1Hz ～10Hz ）；带宽120KHz （增益=100）；建立时间15us （0.01%）。
AD620的增益是用电阻Rg 来决定的，即用引脚1和8之间的阻抗来决定的。
使用0.1%～1%的电阻，AD620就能提供精确的增益。
对G （增益）=1，Rg 引脚不连接（即Rg 为无穷大）。
其他的任何增益可按：49.413K G R Ω=+ 计算。
系统电源变压器？设计电路时，选用LM317和LM337型号的芯片为核心来设计电源电路。
LM317特性简介以及典型应用电路如下：特性：可调整输出电压低到 1.25V ；保证 1.5A 输出电流；典型线性调整2)121(R Iadj R R Vref Vout ∙++∙=)121(R R Vref Vout +∙=)121(25.1R R Vout +∙=率 0.01%；典型负载调整率 0.1%；80dB 纹波抑制比；输出短路保护；过流、过热保护；调整管安全工作区保护。
典型应用电路参考如下：图3.13 LM317典型应用电路其输出电压计算公式如下：（3.5）一般情况下电流Iadj 很小，忽略后可得：（3.6） 即：（3.7） 最大输出电流为2.2A ，输出电压范围为1.25～37V ；1、2脚之间为1.25V 基准电压；为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆；改变R2阻值即可《传感器及应用》学习辅导调整稳压电压值；二极管D1、D2用于保护LM317。
LM337基本特性功能和用法类似于LM317。
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