第2章 电阻式传感器1
传感与检测技术2-1-电阻应变式传感器
件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，而其横向应变εr也使敏感栅
半圆弧部分的电阻发生变化。 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。 3.机械滞后、零漂及蠕变 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。
2.1.3 电阻应变式传感器的基本特性
器就是利用类似的原理制作的。
2.1.1 电阻应变式传感器的基本原理
对于一长为L、横截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻值R为：
L R A
如果对电阻丝长度作用
均匀应力，则ρ、L、A的变 化 (dρ、 dL 、 dA) 将引起电 阻R变化dR ，dR可通过对上 式的全微分求得：
（ 21 ）
2.1.1 电阻应变式传感器的基本原理
2.1.2 电阻应变式传感器的结构
(3)金属薄膜应变片 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成 0.1μm 以下的金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。 优点：应变灵敏系数大，允许通过的电流较大。
问题：尚难控制电阻与温度，电阻与时间的变化关系。
2.1.2 电阻应变式传感器的结构
剂固化不充分等。
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。
2.1.3 电阻应变式传感器的基本特性
4.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。 真实应变是由于工 作温度变化或承受机械
令 dL 应变 r
由材料力学的知识：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，
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。
电阻式传感器工作原理
电阻式传感器工作原理
电阻式传感器是一种常用的传感器类型，它利用材料的电阻随温度、压力、湿度等参数的变化而发生变化的特性，从而实现对这些参数的测量。
电阻式传感器的工作原理基于电阻材料的温度系数或应变系数。
在温度传感器中，常用的电阻材料有铂电阻和铜电阻。
铂电阻的电阻值随温度的变化呈线性关系，而铜电阻则呈非线性关系。
当温度发生变化时，电阻值也会发生变化，通过测量电阻的变化，就可以得到温度的值。
在压力传感器中，常用的电阻材料有硅材料和金属薄膜材料。
当受到压力作用时，硅材料的阻值会发生变化，通过测量电阻的变化，就可以得到压力的值。
金属薄膜材料的电阻值随应变的变化而发生变化，当受到力或应变作用时，金属薄膜的形状会发生微小的变化，从而导致电阻值的变化。
电阻式传感器的测量原理是通过测量电阻值的变化来间接测量参数的变化。
这需要将传感器与一个恒定电流或电压的电路连接起来，测量电路中的电压或电流变化，然后再根据电阻值与参数之间的关系进行计算，得到参数的实际值。
需要注意的是，在测量过程中，电阻式传感器可能会有一定的误差，如温漂、线性度、尺寸变化等。
为了提高测量的准确性，通常需要对传感器进行校准和补偿。
总结来说，电阻式传感器通过测量电阻值的变化来间接测量参
数的变化，利用材料的电阻随温度、压力、湿度等参数变化的特性实现测量。
这种传感器在工业控制、温度测量、压力监测等领域具有广泛的应用。
电阻式传感器
结构组成与特点
结构组成
电阻式传感器主要由电阻元件、电极和绝缘体等部分组成。其中，电阻元件是核 心部分，其电阻值随被测量（如温度、压力、位移等）的变化而变化。
特点
电阻式传感器具有结构简单、体积小、重量轻、价格低廉等优点。同时，由于电 阻元件与被测量直接接触，因此响应速度较快，且易于实现小型化和集成化。
性能参数及指标
灵敏度
线性度
电阻式传感器的灵敏度表示为单位被测量 变化引起的电阻值变化量。灵敏度越高， 传感器的测量精度和分辨率就越高。
线性度是指传感器输出量与输入量之间的 线性关系程度。线性度越好，传感器的测 量误差就越小。
稳定性
抗干扰能力
稳定性是指传感器在长时间使用过程中保 持其性能参数不变的能力。稳定性越好， 传感器的使用寿命就越长。
THANKS。
04
电阻式传感器信号处理与接口 电路
信号处理电路设计
01
02
03
放大电路
采用差分放大电路，减小 共模干扰，提高信号放大 倍数。
滤波电路
设计低通滤波器，滤除高 频噪声，保证信号平滑。
A/D转换电路
将模拟信号转换为数字信 号，便于后续数字处理。
接口电路实现方式
线性化接口电路
通过线性化电路将电阻式 传感器的非线性输出转换 为线性输出。
电阻式传感器
汇报人：XX
contents
目录
• 电阻式传感器概述 • 电阻式传感器结构与性能 • 电阻式传感器测量原理与方法 • 电阻式传感器信号处理与接口电路 • 电阻式传感器应用实例分析 • 电阻式传感器发展趋势与挑战
01
电阻式传感器概述
定义与工作原理
定义
电阻式传感器是一种利用被测物理量 （如压力、位移、温度等）引起的电 阻变化来测量该物理量的装置。
电阻应变式传感器的原理
电阻应变式传感器的原理今天咱们来唠唠电阻应变式传感器这个超有趣的东西。
你看啊，这电阻应变式传感器啊，就像是一个超级敏感的小机灵鬼。
它的原理其实是基于一个特别简单又神奇的现象哦。
想象一下，有一根金属丝或者金属箔片，就像一个小小的金属条，这个小金属条啊，它要是受到了力的作用，不管是被拉伸了还是被压缩了，它内部的结构就会发生变化。
这就好比你拉一个橡皮筋，你一拉，橡皮筋就变长变细了，对不对？金属条也是这样，只不过它没有橡皮筋那么有弹性啦。
那这个电阻的变化怎么就能被用来做传感器呢？这就更有意思啦。
我们可以把这个应变的金属条接入到一个电路里面。
这个电路就像一个小社会，每个元件都有自己的角色。
当金属条的电阻发生变化的时候，整个电路的电流或者电压就会跟着变化。
就好像一个小团队里，有一个成员状态变了，整个团队的工作成果就会跟着改变一样。
比如说，我们想要测量一个物体的压力。
我们就可以把这个电阻应变式传感器放在物体下面。
当物体压在传感器上的时候，传感器里面的金属条就会被压缩或者拉伸，然后电阻就变了。
这个变化就会反映在电路的电流或者电压上。
我们只要测量这个电流或者电压的变化，就能知道物体对传感器施加了多大的力啦。
再比如说，在桥梁建筑里，这电阻应变式传感器可就像一个小小的健康监测员呢。
桥梁在承受车辆行驶、风吹雨打等各种外力的时候，它的结构会发生微小的变形。
把电阻应变式传感器安装在桥梁的关键部位，当桥梁的结构发生哪怕一点点的变形，传感器里的金属条电阻就会变化，工程师们通过检测这个变化，就能知道桥梁是不是安全啦，就像医生通过检查身体的各项指标来判断一个人健不健康一样。
而且啊，这种传感器还特别的灵活。
它可以被做成各种各样的形状和大小，就像变形金刚一样。
不管是测量小小的零件的应变，还是像桥梁这种大家伙的应力变化，它都能胜任。
它就像是一个隐藏在各种设备和结构里的小侦探，默默地感受着力的变化，然后把这个秘密通过电阻的变化告诉我们。
你看，这电阻应变式传感器是不是特别神奇又有趣呢？它虽然原理听起来有点复杂，但是只要你想象成是一群小电子在金属大道上的旅行受到了干扰，就很好理解啦。
传感器与传感器技术(何道清)课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。
当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。
由你的计算结果能得出什么结论?解：满量程（F ▪S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为：∆m ＝40⨯2%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：%4%10021408.01=⨯⨯=γ %16%10081408.02=⨯⨯=γ1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。
（1）T y dt dy5105.1330-⨯=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。
（2）x y dt dy6.92.44.1=+式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。
解：根据题给传感器微分方程，得 （1） τ=30/3=10(s)，K=⨯10-5/3=⨯10-5(V/℃)；(2) τ==1/3(s)， K==(μV/Pa)。
1—7 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。
试求该热电偶输出的最大值和最小值。
以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。
解：依题意，炉内温度变化规律可表示为x (t) =520+20sin(ωt)℃由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(ωt+ϕ)℃热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为()()786010********22.B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯π+=ωτ+==ω因此，热电偶输出信号波动幅值为B=20⨯A(ω)=⨯=15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|m ax =520+B=520+=535.7℃y(t)|m in =520﹣B==504.3℃输出信号的相位差ϕ为ϕ(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80⨯10)= -︒相应的时间滞后为∆t =()s 4.82.3836080=⨯1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。
电阻式传感器原理
电阻式传感器原理
电阻式传感器是一种常见的测量和检测设备，其工作原理基于电阻的变化。
电阻式传感器通常由一个电阻器组成，其中电阻的值受到测量物理量的影响。
当测量的物理量发生变化时，电阻的值也会相应地改变。
这个变化可以通过测量电阻器两端的电压或电流来检测。
以温度传感器为例，常用的电阻式传感器是热敏电阻（RTD）和热电偶。
热敏电阻的电阻值随着温度的增加而线性变化，而热电偶则是通过两种不同金属的热电效应来测量温度。
除了温度传感器，电阻式传感器还可以用于测量压力、湿度、光线强度等不同的物理量。
不同的传感器拥有不同的结构和工作原理，但都是基于电阻值的变化来进行测量和检测。
为了保证测量的准确性，电阻式传感器通常需要一个电桥电路来进行校准。
这个电桥电路可以根据测量的物理量来调整传感器的灵敏度和范围。
总而言之，电阻式传感器通过测量电阻值的变化来检测和测量不同的物理量。
它们在各种工业和科学应用中广泛使用，并且可以采用不同的结构和工作原理来满足不同的需求。
第二章、应变式传感器1
（1）应变片的敏感栅具有一定温度系数； （2）应变片材料与测试材料的线膨胀系数不同。
3.4 电阻应变片的测量电路
单臂应变电桥
工作臂 双臂应变电桥 全臂应变电桥
应
变
电源
直流电桥：
电
交流电桥:
桥
电源端对称
桥臂关系 半等臂电桥 输出端对称
全等臂电桥
3.4.1 直流电桥
平衡条件 R1R4=R2R3
n=R2/R1=R4/R3
常用金属薄膜应变片
金属应变片的基本结构
转换元件 F
敏感元件
二、半导体应变片结构 体型、薄膜型和扩散型
1、体型半导体应变片 半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成片状小
条，经腐蚀压焊粘贴在基片上制成。
体型半导体应变片的结构
2、薄膜型半导体应变片
通过薄膜制备技术，在带有绝缘层的试件上沉积 半导体材料薄膜而制成。
对电阻丝材料应有如下要求：
① 灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数； ②ρ值大； ③ 电阻温度系数小，以免环境温度变化改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
表3-1 常用金属电阻丝材料的性能
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于 它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形 范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上 能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当 采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在 ±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于焊 接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
Κ κ 卡帕 Kappa 介质常数 Λ λ 兰姆达 Lambda 波长（小写）；体积 Μ μ 缪 Mu 磁导系数；微 ;放大因数（小写） Ν ν 纽 Nu 磁阻系数 Ξ ξ 克西 Xi Ο ο 奥米克戎 Omicron Π π 派 Pi 圆周率=圆周÷直径=3.1416 Ρ ρ 柔 Rho 电阻系数（小写） Σ σ 西格玛 总和（大写），表面密度；跨导（小写） Τ τ 陶 Tau 时间常数 Υ υ 宇普西隆 Upsilon 位移 Φ φ 斐(佛爱) Phi 磁通； 角 Χ x 西 Chi Ψ ψ 普西 Psi 角速；介质电通量（静电力线）；角 Ω ω 欧米伽 Omega 欧姆（大写）；角速（小写）；
电阻式传感器工作原理
电阻式传感器工作原理
电阻式传感器工作原理是根据物体对电流的阻碍程度来测量物体的某些特性。
它包括一个感应电阻器，当物体与该传感器接触时，会改变电阻器的电阻值。
电阻式传感器通常由导电材料制成，它们的电阻值会随着环境因素的变化而变化。
当电流通过电阻式传感器时，由于物体的特性，电流的流动会遭到一定程度的阻碍，导致电阻器的电阻值发生变化。
通过连接电阻器与测量电路，可以测量电阻器的电阻值，并进一步推算出物体的特性。
通常采用的方法是将电阻值转换成与某个特性相关的电信号，如电压或电流。
例如，温度传感器就是一种常见的电阻式传感器。
随着温度的变化，电阻值也会发生相应的变化。
通过测量电阻值的变化，可以推算出温度的变化情况。
另外，电阻式传感器还可以用于其他物体特性的测量，例如湿度、压力、光强等。
不同的传感器对应不同的物体特性，但它们的工作原理基本相同。
总结来说，电阻式传感器利用物体对电流的阻碍程度来测量物体的某些特性，通过测量电阻值的变化，可以获得需要测量的物体特性的相关信息。
电阻传感器工作原理
电阻传感器工作原理电阻传感器是一种常见的传感器，广泛应用于工业自动化、电子设备、汽车等领域。
本文将详细介绍电阻传感器的工作原理以及其应用。
1. 工作原理电阻传感器的工作原理基于电阻的变化。
其内部包含一个可变电阻元件，通常是由导电材料制成的线性电阻。
当受到外部作用力或物理量变化时，电阻元件的电阻值会发生相应的变化。
2. 传感器类型电阻传感器可以根据其测量物理量的不同进行分类，常见的包括温度传感器、压力传感器和位移传感器等。
2.1 温度传感器温度传感器是电阻传感器的一种常见类型。
它利用了电阻与温度之间的关系，通过测量电阻值的变化来间接测量温度。
常用的温度传感器包括热敏电阻、热敏电阻芯片和热电阻等。
2.2 压力传感器压力传感器利用电阻材料的弹性性能与外界受力之间的关系，通过测量电阻值的变化来间接测量压力。
常见的压力传感器包括应变片式传感器和电容传感器等。
2.3 位移传感器位移传感器测量物体的位移或位置。
它可以利用电阻材料的伸缩性能来测量位移，也可以通过电阻值的变化来间接测量位移。
典型的位移传感器包括电阻式位移传感器和压电位移传感器等。
3. 应用领域电阻传感器在各个领域都具有广泛的应用。
3.1 工业自动化在工业自动化系统中，电阻传感器被广泛应用于测量、监控和控制过程中的物理量。
例如，温度传感器常用于测量工业生产过程中的温度变化，以确保生产过程的稳定性和安全性。
3.2 电子设备电阻传感器在电子设备中的应用非常普遍。
例如，手机中使用的触摸屏传感器就是一种基于电阻变化来实现触摸功能的电阻传感器。
此外，电阻传感器还广泛应用于电子秤、电压表、电流表等电子设备中。
3.3 汽车汽车行业也是电阻传感器的重要应用领域。
例如，汽车中的油位传感器利用电阻值的变化来测量燃油箱内的油位信息。
此外，温度传感器用于监测引擎温度，压力传感器用于测量轮胎压力等。
4. 优缺点分析电阻传感器具有一些显著的优点，同时也存在一些缺点。
4.1 优点（1）成本低廉：电阻传感器的制造成本相对较低，适用于大规模生产和应用。
传感器与检测技术第2章-1_应变式传感器
E 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
EK 4
1
2
3
4
当仅桥臂AB单臂工作时，理想输出电压为
Ug E R E K
4R 4
44
电桥分类
B R1=R
A
Ug
R2=R C
R3=R’ R4=R’
E
D
第一对称电桥
2、第一对称电桥
若电桥桥臂两两相等，即R1 =R2=R ， R3=R4=R′ ， 则 称
16
2.1数 （二）横向效应 （三）动态特性
17
应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下， 于室温下测得的电阻值
• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压， 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大
18
25
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，
粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系
数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为
R R
1
t t
26
由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当
Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为
2t g s t
βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。
金属箔式应变片
13
金属薄膜应变片
• 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层，易实现工业化批量生产
• 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范 围广，易实现工业化生产
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
15
自动检测技术及应用2-1检测教案,第二章,第一节
演示先来做一个实验。当用力拉电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，直径略有减小，从而导致电阻值R变大。在我们这个实验中，电阻丝的阻值从初始状态的10.00Ω增大到10.05Ω，如图所示。
电阻丝在拉力作用下阻值增大
引出结论：应变效应
导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。
表2-1应变片主要技术指标
参数名称
电阻值/Ω
灵敏度
电阻温度系数/（1/℃）
极限工作温度/℃
最大工作电流/mA
PZ-120型
PJ-120型
BX-200型
BA-120型
BB-350型
PBD-1K型
PBD-120型
120
120
200
120
350
1000(1+10%)
120(1+10%)
1.92.1
1.92.1
2．应变式荷重传感器
测力或荷重（称重）的传感器很大一部分采用应变式荷重传感器。荷重传感器如图2-11所示，它的输出电压Uo正比于荷重F。
荷重传感器结构示意图
a）外形图b）应变片在承重等截面圆柱上的粘贴位置
荷重传感器的输出电压Uo正比于荷重F。实际运用中，生产厂商一般会给出荷重传感器的灵敏度KF。设荷重传感器的满量程为Fm，桥路激励电压为Ui，满量程时的输出电压为Uom，则KF被定义为
讨论调零的原理和电位器的调节方向。讨论图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻的原理。
四、应变效应的应用
1．应变式力传感器
应变式测力传感器的几种形式
a）环式b）环式外形c）悬臂梁式
解释什么是悬臂梁？
悬臂梁是一端固定、一端自由的弹性敏感元件。悬臂梁的灵敏度较高，多用于较小力的测量。常见的电子秤中就多采用悬臂梁来测量质量（重量）。
广东工业大学传感与检测技术基础复习思考题带答案
第一章传感与检测技术基础[例题分析]例题1 一台精度为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是４℃，问此表是否合格？解： 根据精度定义表达式100.⨯∆=SF Y AA %，并由题意已知Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差△ Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃此温度传感器最大允许误差位３℃。
检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。
[思考题与习题]1-1 何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？1-2 何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？ 1-3 传感器的线性度的定义？怎样确定？1-4 传感器的回程误差是怎么定义的？用数学式如何表示？1-5 何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。
1-6 鉴定2.5级(即满量程误差为2.5%)的全量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该表是否合格？1-7 为什么在使用各种指针表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围使用？ 1-8 已知某一位移传感器的测量范围为0～30mm ，静态测量时，输入值与输出值的关系如表1.1所示，试求传感器的线性度和灵敏度。
表1.1输入值与输出值的关系第二章电阻式传感器[例题分析]例题2-1 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m 2，弹性模量E =2×1011 N/m 2 ，若有F=5×104 N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。
试求该应变片的灵敏度系数？解：由题意得应变片电阻相对变化量1001=∆R R 根据材料力学理论可知：应变Eσε=（σ为试件所受应力，SF =σ），故应变 005.0102105.01051144=⨯⨯⨯⨯=⋅=-E S F ε应变片灵敏度系数2005.0100/1/==∆=εRR K 例题2-2 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2）如图2-1（a)所示。
电阻式温度传感器原理
电阻式温度传感器原理
电阻式温度传感器是一种常用的温度测量装置，它基于电阻体的温度特性来实现温度测量。
电阻式温度传感器的工作原理是利用电阻体的电阻随温度的变化而变化的特性。
一般情况下，电阻体的电阻随着温度的升高而增大，反之则减小。
这种变化可以用线性关系或非线性关系来描述。
其中，最常用的线性关系是以铂金材料为基础的
PT100和PT1000电阻式温度传感器，非线性关系则由热敏电
阻（如NTC和PTC）来描述。
在电阻式温度传感器中，电阻体通常被安装在一个绝缘外壳内，并与被测温度直接接触。
当传感器暴露在被测介质中时，介质的温度将通过热传导效应传递给电阻体。
随着温度的变化，电阻体的电阻值也随之变化。
此时，我们可以通过测量电阻体的电阻值来确定被测介质的温度。
为了测量电阻体的电阻值，通常需要将电阻体与电路连接起来，形成一个电阻测量电路。
该电路中一般会有一个电流源，通过电阻体产生电流，以及一个电压检测装置，用于测量电阻体的电压降。
根据欧姆定律，通过测量电阻体两端的电压降和电流大小，我们可以计算出电阻体的电阻值。
为了提高测量精度和稳定性，电阻式温度传感器通常会进行定标和校准。
定标是指在已知温度下测量电阻体的电阻值，用于建立电阻-温度的对应关系。
而校准则是通过与标准温度计进
行对比，对测量到的温度进行修正，以提高测量的准确性。
总之，电阻式温度传感器的原理是利用电阻体电阻随温度变化的特性来实现温度测量，通过测量电阻体的电阻值，可以确定被测介质的温度。
传感器原理与应用习题课后答案_第2章到第8章
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第2章 电阻式传感器2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。
答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
（2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。
前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。
金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。
对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。
前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。
2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。
答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。
在工作温度变化较大时，会产生温度误差。
补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式；（2）补偿块法2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
答：原因：)(211)(44433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ∆+∆+∆+∆+∆-∆+∆-∆=∆ 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。
实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验
实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验1、实验目的本实验旨在通过单臂电桥测量电阻式传感器的电阻值，了解电桥的基本原理和性能。
2、实验原理电桥是一种可以测量未知电阻的电路。
电桥由四个电阻组成，其中三个为已知电阻，可以通过调节未知电阻的大小来使电桥的两端电势相等，从而测量未知电阻。
为了保证电桥的灵敏度和稳定性，一般要求电桥的比率阻抗为1。
3、实验器材（1）电阻箱（2）电阻式传感器（3）直流电源（4）万用表（5）导线4、实验步骤（1）根据电路图连接电路，其中R1为已知电阻，R2为未知电阻，R3、R4为电阻箱，E为直流电源，V1、V2分别用万用表测量电桥两端的电势差。
（2）打开电源，调节电阻箱上的电位器，使电桥两端的电势差为0。
（3）记录R3、R4中的电阻值，计算未知电阻值R2= R3× （R1+R4）/（R4-R3）。
（4）改变未知电阻的值，重复上述步骤，得出不同未知电阻值下的电势差和电阻值。
5、实验注意事项（1）在连接电路时，要保证接线正确，避免短路或接错。
（2）在调节电桥平衡时，要慢慢调节电位器，避免过度调节。
（3）在测量电势差时，要注意不要接触电桥导线和量程，避免影响测量精度。
6、实验结果与分析根据测量结果，可以得出不同未知电阻值下的电势差和电阻值，通过对比不同电势差下的电阻值和未知电阻的实际电阻值，可以评估电桥的测量精度和稳定性。
7、实验结论本实验通过单臂电桥测量电阻式传感器的电阻值，了解电桥的基本原理和性能。
实验结果表明，通过调节电阻箱的电阻值，可以使电桥达到平衡状态，从而测量电阻式传感器的电阻值。
通过优化电桥的比率阻抗等参数，可以提高电桥的测量精度和稳定性。
电阻应变传感器 原理
电阻应变传感器原理
电阻应变传感器是一种广泛应用于工程测量和控制领域的传感器，它利用物体在受力作用下的形变和电阻的相关性质来实现对物体受力的测量。
该传感器的工作原理可以简单描述如下。
电阻应变传感器由一个弹性元件和一个电阻片组成。
当该传感器受到外力作用时，弹性元件会发生形变，导致电阻片的电阻值发生变化。
这种变化是因为金属电阻的本构关系，即电阻随着材料长度或截面积的变化而变化。
一般情况下，电阻应变传感器中的电阻片是通过薄膜或细丝的方式制造的，以增加其敏感度和可靠性。
当物体受到外力作用时，传感器中的弹性元件会发生微小的形变，导致电阻片的长度或截面积发生微小的变化。
这些变化会引起电阻值的变化，进而产生电阻应变信号。
为了测量这种微小的变化，电阻应变传感器通常与电桥电路结合使用。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是电阻应变传感器的电阻片。
当电阻值发生变化时，电桥电路会产生一个输出电信号，其大小与电阻值的变化成正比。
通过测量输出电信号的大小，我们就可以得到物体受力的信息。
电阻应变传感器具有灵敏度高、精度较高、可靠性好等优点。
它广泛应用于工程测量、力学实验、压力测量、称重装置等领域。
同时，电阻应变传感器还可以与其他测量仪器和控制系统相连接，实现对物体受力的实时监测和控制。
第2章1压阻式传感器
绝缘电阻是指应变片的引线与被测件之间的电阻值。
（六）应变片的电阻值 应变片在未经安装也不受外力情况下,于室温下测得
的电阻值,是使用应变片时需知道的一个特性参数.
四、转换电路
为什么要有电桥呢？ 应变效应 R/R= k 其中 k 2，（应变片的灵敏系数）
传感器工作方式，也是选择传感器时应考 虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破 坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。
2.2 常用传感器
2.2.1传感器的构成
弹性元件（敏感元件）
直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量
传感元件（转换元件）敏感元源自的输出就是它的输入，抟换成电路参量
辅助件
主要用于支撑和安装弹性元件、传感元件及输出接头的
化），其它为标准电阻（不是应变片）。
R2 R3 R4 0
则
U 0
1U 4
R1 R
1 Uk
4
b.相邻两臂工作：
R1，R2为工作片，R3，R4为标准电阻，
R3 R4 0
U0
1 U ( R1 4R
R2 R
)
1 4
Uk(
1
2)
当1 2 ,即R1 R2时, U0 0
此时没有意义，应避免。
构件。
被测量
敏感 元件
转换
电量
元件
1-壳体； 2-膜盒； 3-电感线圈； 4-磁芯
2.2.2 传感器分类
传感器分类方法较多,大体有以下几种： 1） 按被测物理量分类 物理量传感器 化学量传感器 生物量传感器 2）按转换能量的情况分类 能量转换型 能量控制型 ３）按传感器的工作原理分类 结构型传感器 物性型传感器 复合型传感器
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何谓半导体的压阻效应?半导体应变片灵敏度系数有何特点?
应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿?常采用的温度补偿方法有哪 几种?
压阻器件受温度影响后容易产生温度漂移，如何补偿温度漂移?
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R ( )t R [ ( g s )]t t K K
例2-2： K 2.0, 20 106 /。 , s 15 106 /。 , C C
g 11 106 /。 , t 10。 , t ? C C
解：
20 10 6 t [ (11 15) 10 6 ] 10 2 60 106 60
横向总是抵消纵向应 变－－横向效应 如何减小横向效应
采用直角横栅、箔式应变计
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Ky 双向灵敏系数比 H Kx
（3）绝缘电阻
几十 ~ 几百兆欧
兆欧表测
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四、应变计的温度特性及补偿 1、热输出及原因
由于温度变化引起的应变输出，可能很大
（1）敏感栅阻值随温度变化
（2）应变计与试件膨胀系数不匹配
温度变化引起：
——平衡电阻
补偿块不参与机械应变
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五、电阻应变计的分类（自学）
金属丝式应变计 金属箔式应变计 半导体应变计
减小横向效应
箔式应变计的优点：
接触面大 增大输出电流强度
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半导体应变计
体型 扩散型：感压硅膜
灵敏度高
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R 例2-3： 1000 , R 120, K 2, ? R R K 2 1000 10 6 0.002 太小，须电桥转换 R
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二、导电材料的应变电阻效应
l R A(r )
A(r ) r 2
dR d dl dA 等式两边取对数，再微分得： R l A
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dR d dl dA R l A
其中，
dl ( ) l
轴向应变 单位：“微应变”， 1 106 mm / mm 1
2、热输出的补偿方法 （1）单丝自补偿 欲使
热输出
t [
K
( g s )]t
t 0
则应满足 K (g s)
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（2）双丝自补偿
两个材料温度系数不同！
R Ra Rb
bt
at
1
（3）桥路补偿法
R1、R 2
——相同的应变片
R 3、R 4
R 分压系数 令 K R0 KU 0 Ux 1 K (1 K )
R0 负载系数 RL
R Usc U 0 KU 0 R0
Ux Usc
6
R 分压系数 令 K R0
KU 0 Ux 1 K (1 K )
R0 负载系数 RL
负载误差为
U Usc Ux
非电量
电阻元件
电阻阻值 变化
1
§2-1 电位器式传感器
电位器式传感器
线绕式
非线绕式
薄膜电位器
导电塑料电位器
光电电位器
2
一、线绕电位器式传感器
机械位移信号
精密电位器
转换元件
电信号
位移
3
1、线绕电位器的结构
4
2、线绕电位器的输出特性
（1）空载下
U0 Usc R R0 U0 Usc L L0
轴向 应变
dA dr ( ) 2( ) 2u A r
径向 应变 泊淞比
dR d (1 2u ) R
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（1）金属材料的应变电阻效应
电阻率
相对变化
dR d (1 2u ) R
与体积 的相对 变化有 dR 关
dV dl dA dV C 而 (1 2u ) V V l A
§2-3 测量电路及电阻应变仪 R K R
机械应变
电阻应变计
R R
变化
电桥电路
放大、显示
电阻应变仪
U(I) 变化
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电桥电路
R2
R1 E R3
V
R4
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思考题
何为金属的电阻应变效应?金属丝的应变灵敏系数的物理意义是 什么? 什么是金属应变片的灵敏度系数?它与金属丝的灵敏度系数有何区 别?并解释。
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三、电阻应变计的特性
1、静态特性 （1）灵敏系数K
dR Kx R
应变计的灵敏系数小于导电丝材的灵敏系数
（2）横向效应及横向效应系数
y
x
y
x
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dR Kxx Kyy R Kx(1 H )x
y
x
y
x
y 双向应变比 x
y u 0 横,纵向应变总是相反 标定条件下： x
电阻灵敏度
R R0 KR 常数 L L0
线性电位器
电压灵敏度
Usc U 0 KV 常数 L L0
5
（2）负载下
U 0 Ux I 0 ( R0 R)＝
RL R Ux ( R 0 R)Ux RL R
RL R Ux U0 2 RLR 0 RR 0 R
相对负载误差
Usc KU 0
U 100% U0
一定，对K求一阶
导数，并令其= 0，得：
最大误差产生在 电位器2／3处
2 K 时， 3 max 0.15
7
二、非线绕电位器式传感器 合成膜电位器
1、薄膜电位器
金属膜电位器
2、导电塑料电位器
3、光电电位器 无接触式电位器 光电导层 暗电阻:绝缘体 明电阻:良导体
—— 半导体材料的电阻相对变化与应变成正比
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金属灵 敏系数 几何尺寸变 化
电阻率变 化
金属丝材的应变电阻效应以尺寸变化为主 Km=1.8 ~ 4.8
半导体灵
敏系数
Ks (1 2u ) E
压阻效 应
几何尺寸变化
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应
KS (50 ~ 80) Km
105 ~ 108
优点：精度、寿命、分辨率、可靠性高、阻值范围宽
缺点：温度范围窄、输出电流小、输出阻抗较高 结构复杂、体积和重量大 集成光电子技术
8
三、电位器式传感器的应用
例：航空飞行高度传感器
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例：煤气包储量检测
钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数 ->电位器 ->电阻
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例：液面高度测试仪
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d
R
[(1 2u ) C (1 2u )] Km
金属丝材的 应变灵敏系数
—— 金属材料的电阻相对变化与应变成正比
轴向应力 （2）半导体材料的应变电阻效应
d
dR [(1 2u ) E ] KS R
E
半导体材料的 应变灵敏系数
§2-2 电阻应变计的原理及特性
导电材料的应变电阻效应 金属电阻应变计 半导体电阻应变计
一、电阻应变计的结构
敏感栅 基底 粘结剂 盖层 引线 传递应变
：栅状
应变计工作的物理基础 —— 电阻的应变效应
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应变效应
在测试时，应变计牢固地粘贴在被测试件的表面， 随着试件受力变形，应变计的敏感栅也获得同样的变形， 根据电阻应变效应，敏感栅的电阻值将随之发生变化， 并与试件应变成正比，由此就可反映出外界作用力的大 小。
dR ( ) t R dR ( ) K ( g s )t R
dR dR dR ( )t ( ) ( ) [ K ( g s )]t R R R R ( )t R [ ( g s )]t 热输出 t K K