电阻式传感器
电阻式传感器
3.1 工作原理 3.2 特性分析 3.3 电阻应变片的温度误差及补偿 3.4 电阻应变片的测量电路 - 电桥
导学表
3.1 工作原理
应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象
弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变
弹性元件 具有弹性应变特性的物体
可见：电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。
注意补偿条件
① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应 变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样， 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
分析：当半导体应变片受轴向力作用时 半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：
E 式中：
π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
弹性模量： 单向应力状态下 应力除以该方向的应变。
应变成正比，即K为常数。
3.1.2 电阻应变片种类
常用的电阻应变片有两种： 金属电阻应变片 半导体应变片
金属电阻应变片
电阻丝
衬底
蚀刻箔片 衬底
(a)丝式
引出导线
1 2
(b)箔式
K 1 2
灵敏度取决于尺寸变化（应变效应为主）
半导体应变片
1 2
A
受外力作用伸长，长度增加，截面积减少，电阻值会增大。 受外力作用压缩，长度减小，截面增加，电阻值会减小。 电阻率增大，电阻值会增大 电阻率减小，电阻值会减小
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。
其它常用传感器
角位移型
εαr 2 C= 2δ
α
dC εr 2 传感器灵敏度 传感器灵敏度 S = = = 常数 dα 2δ
b)角位移型 b)角位移型
22
其它常用传感器
电容传感器
c)介质变化型 c)介质变化型 大多用于测量电介质的厚度 a)、位移( b)、液位( (图a)、位移(图b)、液位(图 c) 根据极板介质的介电常数随 温度、湿度、 温度、湿度、容量改变而改变 来测量温度、湿度、容量( 来测量温度、湿度、容量(图d) 等 。
优点：应变灵敏度大;体积小; 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的 元件. 元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
9
其它常用传感器
应变计
电阻传感器
体型
薄膜型
扩散型
10
其它常用传感器
电阻传感器
应变式电阻传感器的应用
立柱应力
桥梁应力 压力传感器
电感式传感器 自感型 可变磁阻型
涡流式
互感型
32
其它常用传感器
电感传感器 1. 可变磁阻式 自感型 原理:电磁感应 可变磁阻式(自感型 原理: 自感型)
线圈
N Φ L= = I
铁芯
线圈匝数
I 为线圈中所通交流电的有效值。 为线圈中所通交流电的有效值。
I N Φ= = R M
衔铁
总磁阻
δ ∆δ
变磁阻式传感器
19
其它常用传感器
电容传感器 2. 分类
a) 极距变化型
+ + +
C =
ε A δ
b)面积变化型:平面线位移型,角位移型, b)面积变化型:平面线位移型,角位移型, 柱面线位移型 面积变化型
20种身边常见的传感器
20种身边常见的传感器1、电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
2、变频功率传感器变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
3、称重传感器称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。
能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。
4、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
5、压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。
当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
6、热电阻传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
7、激光传感器利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
8、霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
第4部分传感器原理1电阻式
固态压阻式传感器
3 固态压阻式传感器
华中科测技试大技学术与机信械号学处院理
固态压阻式传感器的工作原理：与半导体应变片相 同，都是利用半导体材料的压阻效应。
区别在于：半导体应变片是由单晶半导体材料构成， 是利用半导体电阻做成粘贴式敏感元件。固态压 阻式传感器中的敏感元件则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，所以也称 为扩散型半导体应变片。
华中科测技试大技学术与机信械号学处院理
为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测
量转换成位移，然后用其他形式的传感器（如电阻、
电容等）将位移量转换成电信号输出。
近年来，在自动 检测、自动控制技术 中广泛应用的微型探 测开关也被看成是机 械式传感器。它能把 物体的运动、位置或 尺寸变化，转换为接 通、断开信号。
电阻应变式传感器
金属应变计
华中科测技试大技学术与机信械号学处应院理变计
半导体应变片
(2)半导体应变片
半导体应变片最简单 的典型结构如右图所示， 使用方法与金属应变片相 同，粘贴在被测物体上， 随被测试件的应变其电阻 值发生相应变化 。
半导体应变片工作原 理是基于半导体材料的 压阻效应，即单晶半导 体材料在沿某一轴向受 到外力作用时，其电阻
变阻器式传感器
华中科测技试大技学术与机信械号学处院理
案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧→力→位移 →电位器→电阻
位移
比较 重量设定
变阻器式传感器
案例：煤气包储量检测
华中科测技试大技学术与机信械号学处院理
钢丝 煤气包
原理：钢丝→收线圈数 →电位器 →电阻
变阻器式传感器
华中科测技试大技学术与机信械号学处院理
电阻式传感器原理和应用
• 变阻器式传感器 • 工作原理
1
2
• 测量电路
3
电阻应变式传感器 工作原理
1)金属电阻应变片
金属电阻应变片旳构造 (a)丝式(b)箔式
4
• 1)金属电阻应变片
假设一根长度为L横截面积为A电阻率为ρ，则电阻R为 当受到应变作用，L、A和ρ都会发生变化，使得R产生旳相对变化为
设金属旳截面半径为r,则有
5
根据材料力学理论，对于受拉压得圆杆有
其中：ε---所承受旳应变 μ---材料旳泊松比
σ---轴向应力
λ---材料旳压阻系数
E---材料旳弹性模量
带入原式有
6
2)半导体应变片
体型半导体应变片旳构造 1—引线；2—半导体片；3—基片
测量电路
直流电桥电路 (1)平衡条件
薄膜型半导体应变片旳构造 1—锗油油量表电路
22
14
几种电阻应变式传感器旳原理示意图 (a)位移传感器(b)加速度传感器(c)力传感器
(d)扭矩传感器(e)压力传感器
15
• 翼片式空气流量计
图4.16 翼片式空气流量计旳构造
16
图4.19 翼片式空气流量计电路原理
图4.20 翼片式空气流量计旳工作原理
17
线性输出型 节气门位置传感器 构造与输出特征 (a)构造构成(b)输出特征
全差动电桥电路 若是在同一试件上分别粘贴四片应变片，其中两片受拉力，两片受压力
将两个应变符号相同旳应变片接在相同旳桥臂上，则构成全差动电桥。 采用全差动电桥旳输出电压是用单应变片工作电桥敏捷度旳四倍，是半
差动电桥旳两倍。
13
电阻式传感器在汽车上旳应用
• 汽车上旳电阻式传感器主要有翼片式空气流 量计、节气门位置传感器、半导体压阻式进 气压力传感器、加速踏板位置传感器、安全 气囊中央碰撞传感器、可变电阻式液位传感 器等。
第二章 电阻式传感器
4 1
3
4
5
2
3
图1薄膜型半导体应变片 1–锗膜 2--绝缘层
3–金属箔基底 4--引线
2
1
图2扩散型半导体应变片 1--N型硅 2--P型硅扩散层 3--二氧化硅绝缘层 4–铝电极 5--引线
型号的编排规则
电阻应变计型号的编排规则如下：类别、基底材料种类、标准电阻---敏感栅 长度、敏感栅结构形式、极限工作温度、自补偿代号（温度和蠕变补偿）及接 线方式。如B F 350 -- 3 AA 80 （23） N6 – X的含义是：
而引起的（称“压阻效应”）。 εx
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；对半 导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。实验 表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与
轴向应变成正比。其它金属或合金，KS在1.8～4.8
范围内。
dR R
KS
x
(2) 半导体应变片的工作原理
的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其 结构如图所示。
2）薄膜型半导体应变片 这种应变片是利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有
绝缘层的试件上而制成，其结构示意图见图1。 3）扩散型半导体应变片 将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型
导电层，再通过超声波和热压焊法接上引出线就形成了扩散型 半导体应变片。图2为扩散型半导体应变片示意图。这是一种 应用很广的半导体应变片。
半导体应变片是利用半导体
材料的压阻效应而制成的一种纯
1
电阻性元件。
2 3
对一块半导体材料的某一轴 12 3
向施加一定的载荷而产生应力时，
它的电阻率会发生变化，这种物 理现象称为半导体的压阻效应。
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
电阻式传感器
34
筒式结构使应变片分散在端面的载荷集中
到筒的表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上
还能开孔，如图所示，形成许多条应力线，从而
与载荷在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、
非均布载荷的影响，使引起的误差更小。
35
(2)悬臂梁式传感器
悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、
抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹
等特点。
39
除等截面梁和等强度梁传感器外，还有剪
切梁式传感器，两端固定梁传感器等等。如图
所示，为几种梁式传感器外形。
40
（a）双孔梁
（b）S形
41
如图所示，是引进美国HBM公司技术和生产
线生产的SB3悬臂梁式传感器。
42
案例：电子称
3.2 电阻式传感器
华中科技大学机械学院
43
(3)轮辐式传感器
圆筒 形 两种 。 圆筒 或 圆柱
在外力F作用下产生的应变
为
F
e
E EA
33
一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面的
中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。
R1 和R3 ，R2 和R4 分别串联，放在相对桥臂
内，这是为了消除弯矩的影响。横向粘贴的应
变片R5、R6、R7和R8作为温度补偿片(也可起到
应变值与试件真实应变的相对差值不超过10%时
的最大真实应变值。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。
27
(7)疲劳寿命
疲劳寿命是指粘贴在试件表面上的应变片，
在恒定幅值的交变应力作用下，可以连续工作而
不产生疲劳损坏的循环次数。该参数反映了应变
第02章 电阻式传感器
金属箔式应变片：利用光刻、腐蚀等工艺制成的一
种很：薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。
其优点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制 成各种所需的形状, 便于批量生产。
金属箔式应变片的结构形式
几种金属箔式应变片--可以根据测试物体的需要来选择各种形状的应变片
金属薄膜应变片： 采用薄膜技术（真空蒸发）， 优点是灵敏系数大； 可在大温差下工作（-197--317℃） （二）应变片的粘贴技术---简单了解 粘贴剂； 粘贴工艺；
dr dl
r
l
dS 2 dr Sr
dR d (1 2) dl d (1 2)
R
l
dR 令 R K 由上式，得到
d K (1 2)
K——金属电阻丝的相对灵敏度系数。
金属电阻丝的相对灵敏度系数受两个因素影响：
（1）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即 (1下列材料制成： （1）康铜（铜镍合金）：最常用； （2）镍鉻合金：多用于动态； （3）镍鉻铝合金：作中、高温应变片； （4）镍鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片； （5）铂及铂合金：高温动态应变测量。
（二）应变片的测量原理
用应变片测量应变或应力时,把应变片粘帖在被测对象表面上, 在外力作用下, 被测对象产生机械变形时, 应变片敏感栅也随着 变形, 应变片的电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值 变化量ΔR时, 便可得到被测对象的应变值ε(ΔR/R=k ε),再根据 应力σ与应变的关系（材料力学）, 得到应力值σ
σ=E·ε
式中 : σ——试件的应力; ε——试件的应变;
E——试件材料的弹性模量（材料固定，是已知量）。
由此可知, 应力值σ正比于应变ε, 而试件应变ε正比于电阻 值的变化, 所以应力σ正比于电阻值的变化, 这就是利用应变片 测量试件应力σ的基本原理。
《电阻式传感器 》课件
绕制或印刷导电线路
在弹性元件上绕制或印刷导电线路，确保 线路的电阻值和稳定性。
04
电阻式传感器的实际应用 案例
压力传感器
01
压力传感器是一种常见的电阻式传感器，它能够将压力信号转换为电 信号，从而实现压力的测量和控制。
02
在汽车工业中，压力传感器被广泛应用于发动机控制、气瓶压力监测 、空调系统等。
市场发展与竞争格局
市场需求
随着工业自动化、智能制造等领域的发展， 电阻式传感器的市场需求不断增长。
竞争格局
国内外企业在电阻式传感器市场上展开激烈竞争， 技术、品质和服务成为竞争的关键因素。
市场趋势
未来电阻式传感器市场将朝着智能化、小型 化、集成化、高精度和高可靠性的方向发展 。
06
总结与展望
电阻式传感器的重要地位
温度影响
电阻式传感器的电阻值会受到温度的影响，导致测量结果的误差。因此，需要采 取一定的温度补偿措施。
稳定性
经过长时间使用和多次测量后，电阻式传感器仍能保持其基本特性的能力，是衡 量传感器性能的重要指标。
响应时间与恢复时间
响应时间
电阻式传感器对输入物理量变化做出 反应的时间，即从输入变化到输出变 化所需的时间。
原材料准备
根据设计要求，准备所需的敏感材料、弹 性材料和辅助材料。
性能测试与校准
对制造完成的电阻式传感器进行性能测试 和校准，确保其测量精度和稳定性达到预 期要求。
制造弹性元件
根据设计图纸，采用机械加工或成型工艺 制造弹性元件。
组装与调整
将敏感元件、弹性元件和导电线路组装在 一起，并进行必要的调整和测试，以确保 传感器性能符合要求。
生物材料
结合生物材料，开发出具有生物 相容性和生物活性的传感器，用 于医疗、生物监测等领域。
第二章电阻式传感器
R1 R4 =R2 R3 或
R1 /R2 =R3 /R4
(2-22)
2．电压灵敏度
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥
输出的电压为:
R3 R1 R4 R2 R3 RR4 R1 R1 U0 E( ) E R1 R1 R2 R3 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) R`1 R4 R1 R3 R1 R4 E E R1 R2 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) (1 )(1 ) R1 R1 R3
1 Uo 2 n ei Uo 1 100% 100% 2n
3．非线性线绕电位器结构
(1) 用曲线骨架绕制的非线性变阻器; (2) 三角函数变阻器;
D L
Uo
D L sin 2 UO L 1 1 Ui D 2 2
x
dx
b
Ui
Ui U O sin 2
碳膜电位器：是目前使用最多的一种电位器。其电 阻体是用碳黑、石墨、石英粉、有机粘合剂等配制的混合
物，涂在马蹄形胶木板或玻璃纤维板上制成的。
优点：分辨率高、阻值范围宽；缺点：滑动噪声大、耐 热耐湿性不好。
金属膜电位器：其电阻体是用金属合金膜、 金属氧化膜、金属复合膜、氧化钽膜材料通过真空 技术沉积在陶瓷基体上制成的,如铂铜、铂锗、铂铑 金等。 优点：温度系数小、分辨率高、滑动噪声较合 成碳膜电位器小；缺点：阻值范围小、耐磨性不好
出电压阶梯的最大值与最大输出电压之比的百分数。 具有理想阶梯特性线绕电位
Uo 1 Re n 100% 100% Uo n
计，其理想的电压分辨率为
电位器的电刷行程来说，又 有行程分辨率，其表达式为
传感器-第4章(电阻式)
第2章
电阻式传感器 3
3、半导体和金属的电阻率与温度关系的区别？ 金属是由金属原子组成的晶格和自由电子组成的， 实际参与导电的是自由电子。晶格是一直振动的， 和分子的热运动相关。金属之所以有电阻是由于 晶格对自由电子的定向移动的阻碍。而且由于温 度越高，晶格震动越强烈，所以它的阻碍效应就 越明显，这是金属电阻随温度升高而变大的原因。 对于半导体，它的电子基本都被束缚在原子核上。 所以它需要一定的温度或者光来激发，是它的电 子获得足够的能量，摆脱原子核的束缚，从而成 为能够参与导电的粒子。所以温度升高，能够参 与导电的粒子就越多，电阻就越小。
第2章
电阻式传感器 1
压阻式传感器应变片工作原理：压阻式传感器是 利用半导体的压阻效应制成的。半导体材料受到 应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称 为压阻效应。其灵敏系数为
R R K πL E ε
压阻式传感器的优点是：灵敏度高，测量元件尺 寸小，频率响应高，横向效应小。但它的温度稳 定性差，在较大的应变下，灵敏度的非线性误差 大。所以用压阻式传感器进行测量的时候，必须 要采取温度补偿，以消除温度对测量结果的影响。
电阻式传感器 4
4、请分析右图中的台式称重传感器的应变片该怎
么粘贴？并分析其变形情况。
第2章
电阻式传感器 5
5、请分析右图中的应变式荷重传感器的应变片该
怎么粘贴？并分析其变形情况。
F
R1 R 2
R4
第2章
电阻式传感器 5
荷重传 感器上的应 变片在重力 作用下产生 变形。轴向 变短，径向 变长。
荷重传感器原理演示
(4)焊接：将引线和端子用 烙铁焊接起来，注意不要把 端子扯断。
第2章
电阻式传感器 1
电阻式传感器
第2章 电阻式传感器
二、电阻应变片的工作原理
在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，粘贴在被测对象 上的应变片随其发生相同的机械变形，同时，应变片电阻也发生相 应变化。当测得应变片电阻值变化量ΔR 时，便可得到被测对象的 应变值ε，根据应力和应变的关系，得到应力值σ
E
式中 σ——试件的应力； ε——试件的应变； E——试件材料的弹性模量（kg / mm2）。
将金属电阻丝粘贴在基片上，上面覆一层薄膜，使它们变成 一个整体，这就是电阻丝应变片的基本结构。
1－基底 2－敏感栅
3－覆盖层
4－引线，用以和外接导线连接 b－敏感栅的宽度
L－敏感栅长度
第2章 电阻式传感器
1. 敏感栅
敏感栅是应变片最重要的组成部分根据敏感栅形状和制造工艺的不 同，金属应变片主要分为丝式、箔式和膜式三种类型。它们根据需要可 以制作成各种形状。
2.1 金属电阻应变式传感器 2.2 半导体应变片及压阻式传感器
第2章 电阻式传感器
2.1 金属电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是目前最广泛用于测量力、压力、位移、 应变、扭矩、加速度、重量等参数的传感器之一。
它具有悠久的历史，但新型应变片仍在不断出现。主要用于 测量变化量相对较小的情况，其灵敏度较高。
制造技术能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀和适应各种不同测量要求的形状，
（3）金属薄膜应变片
金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空淀积等方法，在薄的绝缘基片上 形成厚度在 0.1 mm 以下各种形状的金属材料薄膜敏感栅。
它的优点是应变灵敏系数大，允许工作电流密度大，工作温度范围宽， 可达－197～317℃。
第2章 电阻式传感器
主讲：张 坤
第2章 电阻式传感器
第4讲_电阻式传感器
3.1 电阻式传感器
一、金属电阻应变片 (2)灵敏系数(工作原理)
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：
（2）减小或消除非线性误差的方法 ① 提高桥臂比
从（3.24）式可知，提高桥臂比n可使非线性误差减
小；但电桥电压灵敏度SV 将降低。为了不降低SV ，
必须适当提高供桥电压E。
② 采用差动电桥 a.半桥差动 如果桥臂电阻R1和邻边桥臂电 R1+ΔR1 R3 R2-ΔR2
L L dR dL d 2 dA A A A
（3.2）
电阻相对变化量为：
dR dL d dA （3.3） R L A
若电阻丝是圆形的， 则A=πr ² 微分 ,对r
l
2r 2(r-dr)
F
l+ dl
得dA=2πr dr，则：
图3-2 金属丝的应变效应
dA 2rdr dr 2 2 A r r
F 固定点 F 固定点
电缆
应变片在悬臂梁上的粘贴及变形
应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R1
R 2
荷重传感器原理演示
荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴
向变短，径向变长。
原
理
电子秤
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。
远距离 显示 超市打印秤
磅秤
一、金属电阻应变片 (1)基本结构
电阻式传感器
（4）电阻应变片的温度特性
电阻应变片的电阻值受环境温度的影响较大，主要 原因有： ①应变片材料的电阻温度系数引起的，因为材料的 电阻率随温度变化。 ②应变片材料与试件材料的线膨胀系数不同，引起 应变片的敏感栅变形而产生电阻变化。
温度补偿措施
工作应变片
受力
R1
补偿应变片 温度相同
R2
36
（a） 同步补偿
第三章 电阻式传感器
提纲
电阻式传感器是把非电量（如位移、力、振动和加 速度等）转换为电阻变化的一种传感器。电阻式传 感器在生物医学测量中应用非常广泛，可用于测量 血压、脉搏等生理参数。
按照工作原理可为： 电位器式传感器 电阻应变式传感器 固态压阻式传感器
2
电位器式传感器
电位器式电阻传感器可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
值的变化。
电阻应变式传感器的结构
（1）非粘贴式传感器：利用应变丝将弹性元件 产生的位移量转化为电阻值的变化。。
（2）粘贴式电阻应变传感器
粘贴式电阻应变式传感器可用于测量力、压力、 加速度、扭矩等非电物理量。 测力传感器用弹性元件将力转换为应变量，再利 用粘贴在弹性元件上的应变片把应变压力变换为 电阻值的变化。常用的弹性元件有柱式、悬臂梁 式和环式。
38
频率响应特性 当测量按照正弦规律变化的应变时：
39
40
（6）电阻应变片的其他特性（略）
3.2.4 应变片的粘贴和常用黏合剂（略）
电阻应变式传感器的结构
应变式传感器包括两个主要部分：
弹性敏感元件，利用它把被测的物理量（如力、
扭矩、压力、加速度等）转化为弹性体的应变值；
应变片（丝），作为传感元件将应变转换为电阻
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、进气岐管压力传感器（压阻效应）
进气歧管压力传感器又称进气增压压力传感器，它是用来检测进气歧管内的压力变化，并将其转换成电信号，然后将信号电压送至电子控制器（ECU），ECU 依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。
进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、真空膜盒式、电容式等。
由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛用于D型喷射系统中。
1．半导体压敏电阻式进气压力传感器结构与原理
(1)半导体压敏电阻式进气压力传感器的结构
它是利用半导体的压阻效应制成的，主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引线电极组成，其结构如下图所示。
(2)半导体压敏电阻式进气压力传感器的工作原理
如图所示，硅膜片一面通过真空室，一面承受来自进气歧管中气体的压力，在此气体压力的作用下，硅膜片会产生变形，且压力越大形变越大，膜片上应变电阻的阻值在此压应力的作用下就会发生变化，使传感器上以惠斯顿电桥方式连接的硅膜片应变电阻的平衡被打破，当电桥的输入端输入一定的电压或电流时，在电桥的输出端便可得到相应变化的信号电压或信号电流，因为此信号比较微弱，故采用了混合集成电路进行放大后输入给ECU。
因为压阻效应式歧管压力传感器的功能部件是硅膜片和应变电阻，其工作参数取决于作用于膜片上的压力的大小，因此传感器的取样压力应从压力波动较小的部位选取。
二．发动机机油压力传感器（电位器式）
发动机机油压力传感器用于检测发动机机油压力的大小，它一般通过螺钉拧入在缸体的油道里，其内部有一个可变电阻，一端输出信号，一端与搭铁的滑动臂相连。
当油压增大时，油压通过润滑油道接口推动膜片弯曲，膜片推动滑动臂移动到低电阻位置，使电路中的输出电流增大；反之，油压降低时，膜片推动滑动臂移动到高电阻位置，使电路中输出电流减小，最终在机油压力表上将机油压力的大小以指针指示出来，如图4．35所示。
三、节气门位置传感器(电位器式）
节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。
其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。
它实质上是一只可变电阻器和几个开关，安装于节气门体上。
1．线性输出型节气门位置传感器的结构与原理
线性输出型节气门位置传感器也叫可变电阻式节气门位置传感器，其结构如图6-29所示，由活动触点1、活动触点2、电阻器、节气门轴、接线插头等组成。
传感器的两个活动触点与节气门轴联动，分别是用于测量节气门开度的活动触点1和用于确定节气门全闭位置时的活动触点2。
当活动触点随节气门的打开而改变电位器的电阻值时，其输出电压与节气门的开度成正比例增大，如图6-30所示。
节气门位置传感器的工作原理如图6—3l所示。
当节气门逐渐(向右)打开时，活动触点也向右移动，电路中所串人的电阻值逐渐减小，输出电压增大；反之，输出电压减小。
通过这种方式。
将其输出信号送至电子控制装置输入端，由它来控制喷油器的开闭时间，以满足汽车加速时发动机所要求供给的燃油量。
四、翼片式空气流量传感器（电位器式）
(1)翼片式空气流量传感器的结构
翼片式空气流量传感器又称翼片式或活门式空气流量传感器，是利用力矩平衡原理和电位器原理开发研制的机械式传感器，已生产使用多年，具有结构简单、价格便宜、可靠性高的优点，广泛用于丰田皇冠、佳美、子弹头、马自达等轿车的燃油喷射系统中。
它主要由翼片部分、电位计部分和接线端子三部分组成，其结构如图5—1所示。
1)翼片部分。
翼片式空气流量传感器的翼片部分包括测量翼片(在主空气道内旋转)和缓冲翼片(在缓冲室内偏转，对翼片起阻尼作用，当发动机吸入的空气量急剧变化和气流脉动时，减小翼片的脉动）两者铸成一体，如图5-2所示。
2)电位计部分。
电位计位于空气流量传感器上壳体上方，内有平衡配重、滑臂、复位弹簧、调整齿圈和印制电路板等，其结构如图5—3所示。
(2)翼片式空气流量传感器的工作原理
翼片式空气流量传感器的工作原理如图5.5所示。
当空气通过传感器的主通道时，叶片将受吸人空气气流的压力和回位弹簧的弹力共同作用，节气门开度增大时，空气流量增大，气流压力将增大，此压力作用在翼片上使其偏转，令其转角d逐渐增大，直到气流的压力和回位弹簧的弹力平衡。
与此同时，电位计的滑臂与翼片转轴同轴旋转，使接线端子Vc与Vs之间的电阻减小，使其分压电压Us的值降低。
当吸入空气的流量减小时，翼片转角α减小，接线端子Vc与Vs 之间的电阻增大，Us电压值升高。
这样，发动机电控单元ECU就可根据空气流量传感器输出的Us/Ub的信号大小感知空气流量的大小。
Us/Ub的电压比值与空气流量成反比，其变化关系如图5—6所示。
五、电阻应变计式碰撞传感器
电阻应变计式碰撞传感器的结构如图9—21a所示，主要由电子电路、电阻应变计、振动块、缓冲介质和壳体等组成。
电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A。
电阻应变计的电阻R1、R2、R3、R4制作在硅膜片上，如图9-21b所示。
当硅膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。
应变电阻一般都连接成电桥电路，并设计有稳压和温度补偿电路，如图9—21c所示。
当汽车遭受碰撞时，碰撞传感器的振动块振动，缓冲介质随之振动，进而使应变计的应变电阻产生变形，应变电阻值随之变化。
由于应变电阻以电桥电路的方式连接，随着应变电阻阻值的变化，电桥电路的输出电压就发生变化，经过信号处理与放大后，传感器将变化的信号电压输入SRS ECU。
SRS ECU根据传感器输入的信号电压的强弱便可判断碰撞的强度或碰撞激烈度。
当信号电压超过设定值时，SRS ECU就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，进而向气囊充气，打开气囊。