项目2 常用传感器及应用(任务1 应变式电阻传感器1)

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传感器原理及应用-应变式传感器

1 dx S C dF
§3.3 电阻应变片的主要特性
一、弹性敏感元件的基本特性二、电阻应变片的灵敏系数三、电阻应变片的横向效应四、电阻应变片的机械滞后、零漂及蠕变五、电阻应变片的应变极限六、电阻应变片的电阻值、绝缘电阻和最大工作电流七、电阻应变片的动态特性八、电阻应变片的温度误差
一、金属应变片 2、金属箔式应变片
利用光刻、腐蚀等工艺制成一种很薄
的金属箔栅，厚度一般在 0.003~0.010 mm，粘贴在基片上，上面再覆盖一层薄膜而制成。优点：表面积和截面积之比大，散热条件好，
允许通过的电流较大，可制成各种需要的
形状，便于批量生产。金属箔式应变片
§3.2 电阻应变片的种类
弹性元件：
具有弹性变形特性的物体。
在应变片测量技术中有极其重要地位。
§3.3 电阻应变片的主要特性
一、弹性敏感元件的基本特性 1、刚度定义：
弹性元件单位变形下所需要的力，用 C 表示。刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度，数学表达式为弹性特性曲线
F dF C lim x dx
§3.3 电阻应变片的主要特性
一、弹性敏感元件的基本特性变形：
物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象。
弹性变形：
当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状。
弹性元件力、力矩或压力变换成相应的应变或位移传递给粘贴在弹性元件上的应变片力、力矩或压力通过应变片转换成相应的电阻值
§3.1 电阻应变片的工作原理
一、金属的应变效应
l
dR d K S / x (1 2 ) / x F R
确定的金属材料， (1+2μ) 项是常数，其数值约在 1~2 之间，实验证明dρ/ρ╱εx 也是常数。

电阻应变片式传感器及应用

对于微小变化，d 故有，R

S
L
L L 2 S S S
L 应变： L 引入两个概念 D D 泊松比： L L

R L S R L S
2DD S S 4 4 S D 2 S D
R1 U U R1 1 2 R R1 2 4 R 1 R1 2R
R R1 1 1 R1 1 2R R1 0 2R
U o
U R1 4 R
以上说明：单臂工作时，输出电压与应变片电阻变化率之间是近
似的线性关系，实际上是非线性关系。这会带来非线性误差。
压阻式固态压力传感器
利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。
压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片
隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片隔离开来。
p 压阻式固态压力传感器
内部结构
信号处理电路
导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象，称为电阻应变效应

金属应变片有:丝式和箔式优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小.

应变效应：
受外力F作用应力 L，S， R
dR dL L d L dS 对R按应力求全微分得： 2 d S d S d S d
r r t t 若半导体只沿纵向受应力，则 r E 式中： r t 纵向、横向压阻系数 E 半导体弹性模数
R (1 2 r E ) r E R
r t 纵向、横向应力纵向应变
' ' R1' R1 1，R2 R2 1，R3' R3 1，R4 R4 1，

第二章、应变式传感器1

原因
（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）；

电阻应变式传感器的工作原理及应用

理。
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

电阻应变式传感器工作原理及应用

电阻应变式传感器工作原理及应用电阻应变式传感器是一种常见的传感器类型，它基于电阻的变化来检测物体或环境的应变。

本文将介绍电阻应变式传感器的工作原理和常见应用。

电阻应变式传感器的工作原理主要基于金属电阻的特性。

金属材料在受力作用下会发生应变，即物体的形状和尺寸会发生改变。

当金属材料发生应变时，其电阻值也会发生变化。

电阻应变式传感器利用这一原理，通过测量电阻值的变化来反映物体的应变情况。

电阻应变式传感器一般由金属应变片和电阻组成。

金属应变片是一个非常薄的金属片，可以粘贴或焊接在需要测量应变的物体上。

当物体发生应变时，金属应变片也会发生相应的应变。

应变片上的电阻会因为应变而发生变化。

电阻应变式传感器中的电阻通常采用导线电阻，如铜线或铂电阻。

当应变片发生应变时，导线电阻的长度和截面积都会发生变化，从而改变电阻值。

通过测量电阻的变化，可以间接地得知物体的应变情况。

电阻应变式传感器的应用广泛。

它可以用于测量力的大小和方向，例如测量桥梁、建筑物和船舶等结构物的应变。

同时，电阻应变式传感器也可以用于测量压力、应力和扭矩等物理量。

例如，它可以用于测量管道中的流体压力，以及机械设备中的扭矩大小。

电阻应变式传感器还可以用于工业自动化领域。

通过将传感器连接到控制系统中，可以实现对物体或设备的实时监测和控制。

例如，在汽车制造过程中，电阻应变式传感器可以用于监测车身的变形情况，以确保车身的质量符合标准要求。

除了上述应用外，电阻应变式传感器还可以用于测量温度、湿度和流量等参数。

通过将传感器与相应的测量电路结合，可以实现对这些参数的精确测量和控制。

总结起来，电阻应变式传感器是一种基于电阻变化来检测物体或环境应变的传感器。

它的工作原理简单且可靠，应用范围广泛。

无论是在工业生产中，还是在科学研究和日常生活中，电阻应变式传感器都发挥着重要的作用。

通过不断的技术创新和应用拓展，相信电阻应变式传感器将在更多领域发挥重要作用。

《传感器应用技术》课程标准

《传感器应用技术》课程标准一、课程定位本课程为物联网应用技术专业方向职业基本技能学习领域的一门重要的专业课程，该课程不仅是前导课程：电路基础分析、模拟电路分析与实践、数字电路分析与实践等在专业学习领域的有效扩展，也为后续职业岗位专项能力学习领域中单片机应用技术、智能电子系统开发与设计、自动检测系统等课程的教学开展提供了重要支撑。

二、课程目标1．职业素质目标：通过本课程的学习培养学生举一反三，认真求实、团结协作的优良作风。

实验室实施5S管理理念，从而培养学生形成规范的操作习惯、养成良好的职业行为习惯。

2．职业能力目标：能根据实际检测需要选择合适的传感器，能使用常用传感器进行各种物理量的检测与信号处理，能对物联网设备与产品中的传感器故障作出正确的分析、判断并做基本的检修。

3．知识目标：常用工业传感器的基本工作原理、外特性，几种典型传感器的应用电路、信号处理、变换接口电路的结构及工作过程、传感器的基本使用常识。

三、课程内容与要求四、教学方法建议1．宏观教学法：理论教学结合实验教学，部分内容可尝试一体化教学。

2．微观教学法：理论教学部分采用多媒体教学与板书结合鼓励学生自主进行相关传感器知识的整理归纳与总结。

实验教学通过传统实验项目与综合实训的有机结合训练强化学生实际的动手能力。

五、课程实施基础与条件1．学生的学习基础电路基础分析、模拟电路、数字电路分析与实践的能力，同时具有一定的数学计算能力和物理问题分析解决能力（尤其具有高中物理运动学、力学、光学的基础）。

2．课程主讲教师和教学团队要求说明主讲教师应具备电子技术或电气自动化专业背景，能独立指导传感器实验，具有良好的动手能力与实践经验。

3．课程教学资源要求教材：《传感器技术及其应用》机械工业出版社陈黎敏主编实训教材：《传感器实验指导书》校本教材实训环境及硬件条件：本课程理论教学内容可在多媒体教室进行，实训教学应在传感器与执行器实训室进行小班教学，实训室具备多媒体教学设备一套、传感器实验台不少于18台，综合实训的内容须单独配备相关实验器材以进行强化动手实践。

关于应变式传感器的应用

关于应变式传感器的应用一、电阻应变片的结构及工作原理：1、应变片基本结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。

其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。

将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电阻丝应变片。

2、电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。

它是基于电阻应变效应而制成的。

即导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应。

3、应变片类型有：应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。

金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片，半导体应变片。

二、应变式传感器应用：1.应变式测力与荷重传感器；⑴柱式力传感器；⑵梁式力传感器。

2、电阻应变式侧力传感器在功率测定方面的应用就是这种例子2，测功机广泛应用于使用中的汽车、拖拉机、飞机、船舶、工程机械、矿山机械的实际抢出功率和工作效率的在线检测, 它为设备优化设计和质检提供可亦的数据。

以前的测功机采用机械刻度盘式, 目前正逐渐被带徽机的数显式测功机所取代。

功率测定对于确定新设计的动力机械的工作能力、能源消耗、效率、使用寿命及安全性能等都是一个极为重要的特性参数, 对老设备进行技术改造也需要进行功率测定。

功率测定的首要问题是选择合适的测力传感器, 这种传感器既要满足一定的技术指标, 又要满足设备的结构尺寸要求。

例如, SL型传感器就是为改造小功率柴油机测功设备而专门研制的。

现在，电阻应变式测力传感器在柴油机生产等行业得到广泛应用, 为提高内燃机的品质、降低能耗起到重要的作用。

2、能源计量能源在贸易和使用中精确的计量是十分必要的。

原来的计量器具都是机械式的, 存在称量慢、精度低、操作维修不方便等缺陷。

目前由于传感器技术的飞速发展, 各种电子计量器具应用已十分普迫。

实验1电阻应变式传感器实验

实验1电阻应变式传感器实验实验项目编码：实验项目时数：2实验项目类型：综合性（）设计性（√）验证性（）一、实验目的1．在《传感器技术》课程中，电阻应变式传感器是教学中的重点内容之一。

通过本实验，了解半桥和全桥回路在电阻应变式传感器中的应用；熟悉应变片在受拉或受压时的特性；掌握桥式放大器在应变片输出信号中的应用。

二、实验内容及基本原理（一）实验内容本实验以金属箔式应变片为研究对象，通过设计不同的测量放大电路，来深入了解应变式传感器的原理以及特性。

（二）基本原理电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成，是一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。

此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

1．应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L 、半径为r 、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得2r L A L R ⨯==πρρ（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L 、截面积A 和电阻率ρ的变化为dL 、dA 、d ρ相应的电阻变化为dR 。

对式（1—1）全微分得电阻变化率dR/R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2 （1—2）式中：dL/L 为导体的轴向应变量εL ; dr/r 为导体的横向应变量εr 由材料力学得：r L μεε-= (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5 左右；负号表示两者的变化方向相反。

将式（1—3）代入式（1—2）得：ρρεμd RdR ++=)21( （1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。

电阻应变式传感器及其应用传感器原理及其应用

用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起
第2章电阻应变式传感器及其应用
结构图核心部件：敏感栅栅宽 A a
低阻镀锡铜丝作为引线
L
图示为其构造简图：排列成网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成的敏感栅, 用粘合剂贴在绝缘的基片上。敏感
栅上贴有盖片（即保护片）。
第2章电阻应变式传感器及其应用
常用金属应变片的敏感栅有丝式、箔式、薄膜式等
第2章电阻应变式传感器及其应用
第2章电阻应变式传感器及其应用
缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。
第2章电阻应变式传感器及其应用
广泛应用于－各种电子秤
第2章电阻应变式传感器及其应用
应变计的分类按结构形式分：单片、双片及各种特殊形状的图案按使用环境分：高低温、核辐射、高雅、磁场的等按安装形式分：粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂按材料分：金属式、半导体式
对金属：

对半导体：

金属丝式应变片：金属箔式应变片：薄膜应变片：
体型应变片：扩散型应变片：薄膜型应变片：外延型应变片： PN结及其它
）
l / l
第2章电阻应变式传感器及其应用
k0
R / R
π表示压阻系数

1 2 E
对金属材料：以前者为主， π E很小, 可忽略不计, μ =0.25～0.5, 故 k0=1+2μ ≈1.5～2；
对半导体：π E比1+2μ 大得多, K0值主要由电阻率相对变化

电阻应变式传感器原理及应用

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 Ω，通常为120 Ω，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：d d d R A R Aρρ=+（1）式中；R —材料电阻ρ—材料电阻率由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K μμεε=++-= (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R L K K R Lε∆∆== (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 。

传感器原理及其应用第2章电阻应变式传感器ppt课件

指机械滞后值还与应变片所承示受的应变量有关，加载时的机械应应变愈大，卸载时的滞后也愈大。变 εi 卸载 Δε
所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差。
加载
机械应变ε 应变片的机械滞后
20
Δε1
5.零漂和蠕变对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。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。这是两项衡量应变片特性对时间稳定性的指标，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中包含零漂，它是一个特例。
康铜
CБайду номын сангаас55 Ni45
±20
2.0
镍铬合金
Ni80 Cr20 Ni74,C r20 Al3,Fe 3 Ni75,C r20 Al3,Cu 2 Fe余量 Cr26,A l5.4 Pt90.5
1.0~1.1
110~130
2.1~2. 3
14
卡玛合金 6J22 伊文合金 6J23 铁铬铝合金
1.24~1. 42
可见载荷的位置不影响输出载荷可以施加在任何位置都可以简化为作用于梁端部的力f及一个力偶m第2章电阻应变式传感器随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生flew抗弯断面系数第2章电阻应变式传感器随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生应变式力传感器第2章电阻应变式传感器随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生吊钩秤便携式第2章电阻应变式传感器随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生各种悬臂梁固定点固定点电缆第2章电阻应变式传感器随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生剪切弹性模量应变片安装在弹性元件剪应变最大处的主应变方向

应变电阻传感器(1)

• 电桥相邻两臂若同时产生大小相等、符号相同的电阻增量，电桥的输出将保持不变。利用这个性质，可将应变片的温度影响相互抵消。
直流电桥不平衡测量典型电路
28
1.测力
2.4 电阻应变式传感器的应用
应变片受压形变
29
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。
+
UE
相邻两臂电阻的比值应相等, 或相对两臂电阻的乘积相等。
15
电桥的种类：
(a) 单臂电桥
(d)全桥
(c)半桥-临臂电阻变化相反
(b)半桥-对臂电阻变化相同
16
2.直流电桥输出电压灵敏度(以单桥为例分析)
UL
R1 R1
R1 R4 R2 R3 R1 R2 R3 R4
U E
R1 R4 R2
U L
UE 2
非线性误差：
R
R 2 R
R
U L U L 1 2 R 1
UL
2 R 2R 1 R
R
20 2R
按幂级数展开 1 1 R / 2R
R
1
R
1
R
2
1
R
3
2R 2R 4 R 8 R
R
2R
u
1 K
2
利用非线性误差的表达式，可以按照测量要求所允许的最大非线性误差来选择应变片或确定应变片的最大测量范围。
21
对于一般应变片来说, 所受应变ε通常在5×103以下, 若取K=2, 则ΔR/R=Kε=0.01, 代入式计算得非线性误差为 0.5%; 若 K=130, ε=1× １ 0-3 时 , ΔR1/R1=0.13, 则得到非线性误差为6.5%, 故当非线性误差不能满足测量要求时, 必须予以消除。

传感器及应用(北理工版)电子教案：2.1 电阻应变式传感器

《传感器及应用》2.1 电阻应变式传感器第1课时教学内容：2.1 电阻应变式传感器教学目标：熟悉电阻式应变传感器的概念、构成、工作原理。

掌握电阻式应变传感器的基本用途和应用。

教学重、难点：传感器的应用、工作原理教学方法：讲授、多媒体、图表教学过程：一、电阻应变式传感器概述1.概念：(1)电阻应变式传感器：利用金属的电阻应变效应制造的一种测量微小变化量（机械）的传感器。

(2)电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻值也将发生变化的现象。

2.构成：弹性敏感元件（敏感元件）与电阻应变片（转换元件）构成。

3.基本原理：弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，使表面产生应变。

而黏结在其表面上的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，使其电阻值也产生相应的变化。

这样，将被测量的变化转换成传感器元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。

4.类型：测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等传感器。

5.特点：(1)这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠。

(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测。

(3)灵敏度高，测量速度快，适合静、动态测量。

(4)可以测量各种物理量。

因此在航空航天、机械、化工、交通、建筑、医学、汽车工业等领域有很广的应用。

课堂小结：概念构成原理种类测量电路应用课后作业：P73 1教学反思：学生对概念掌握比较快，能正确正解其特。

第2课时教学内容：2.1 电阻应变式传感器教学目标：熟悉电阻式应变传感器的概念、构成、工作原理。

掌握电阻式应变传感器的基本用途和应用。

教学重、难点：传感器的应用、工作原理教学方法：讲授、多媒体、图表教学过程：二、电阻应变片的种类及材料1.金属丝式应变片（图２－１）(1)分回线式（较常用，制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴）和短接式（克服了横向效应）。

(2)常用材料：康铜、镍铬铝合金、铁铬铝合金以及铂、铂乌合金等。

2.金属箔式应变片（图２－２）(1)原理：在绝缘基底上将厚度0.003~0.01mm电阻箔材，利用照相制版或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。

应变式传感器及其应用

2 3 1 4 1
2 3 1 4
2
图2-8
1
扩散硅压力传感器
1--引出线 2--电极 3--扩散电阻引线 4--扩散型应变片 5--单晶硅膜片 6--硅杯 7--玻璃粘接剂 8--玻璃基板

扩散硅在汽车上的应用在汽车电喷发动机中采用进气压力传感器来检测进气量,称为D型喷射系统（速度密度型）
小结

应变式电阻传感器的工作原理为电阻应变效应，金属电阻应变片主要是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻变化，半导体电阻应变片是由于其电阻率发生变化而引起电阻变化（即压阻效应）。应变式电阻传感器采用桥式测量转换电路，一般采用全桥形式，其输出电压为：
Uo Ui K (1 2 3 4 ) 4

2.2.1 电阻应变片的结构及工作原理

应变效应导体或半导体在受到外力作用变形时，其电阻值也将随之变化，这种现象称为“应变效应”。设有一金属导体，长度为，截面积为，电阻率为，则该导体的电阻为：
L R A
2.2.2 测量电路

在应变式电阻传感器中最常用的转换电路是桥式电路。按电源的性质不同，桥式电路可分为交流电桥和直流电桥两类。在大多数情况下，采用的是直流电桥电路。

全桥形式具有温度自补偿功能。应变式电阻传感器广泛应用在力、加速度等有关物理量的测量中；扩散硅压力传感器应用在测量气体和液位的压力中。
图2-4 荷重传感器
a)外形图 b)内部图 c)圆柱展开图
a)
b)
c)
U om KF UB
2.4.2 电阻应变式荷重传感器在电子衡器中的应用

传感器在电子秤中的应用荷重传感器在电子汽车秤中的应用传感器在动态电子汽车秤中的应用