《电阻传感器》PPT课件
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有关，而与环境温度无关。 若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足四个条件：
(1) 在应变片工作过程中，必须保证R3 =R4。 (2) R1 和RB 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Ro。
(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。
一、金属的应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值发生变化。
取一根长度为L，截面积为S，电阻率为ρ 的金 属丝，未受力时其电阻R为
R L
A
F Δ l、Δ A 、Δρ Δ R
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（取负号）, 电阻率将因晶格发生变形 等因素而改变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为
1. 应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，
称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主 要因素有以下两方面。 1) 电阻温度系数的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
2. 电阻应变片的温度补偿方法
1)电桥补偿
补偿片补偿
置于相同现场温度
补偿应变片
工
作
应
变
若此时被测试件有应变ε 的作用，则工作应变片电阻R1 又产生新的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故
不产生新的增量。此时电桥输出电压为:
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
Uo = 由AR上1R式4K可ε知，电桥的输出电压Uo 仅与被测试件的应变ε
不受力
片
受力
当被测试件不承受应变时，R1 和RB 又处于同一环境温度 为t℃的温度场中，调整电桥参数，使之达到平衡，有
U0 A(R1R4 RBR3)
工程上，一般按R1=RB=R3=R4 选取桥臂电阻。
温度升高或降低时，引起的两个应变片的电阻变化量相同 电桥仍处于平衡状态：
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
R4
R4
U0
R1R4 R2R3 U (R1 R2 )(R3 R4 )
等效电阻：
R R1R2 R3R4 R1 R2 R3 R4
R’
输 出 电 压
直流电源U
直流电桥平衡条件：
R1R4 R2 R3
当 R1R4 R2R3 时,电桥处于平衡状态，输出电压 U0 0 ， 电桥各臂均有电阻增量 R1, R2 , R3和R4，得
R L A R LA
式中ΔL/L是长度相对变化量, 用应变ε表示
L
轴向应
L
变
ΔA/A为电阻丝的截面积相对变化量, 因 A 1 d 2
4
A 2d
Ad
径向应
变
由材料力学, 在弹性范围内, 金属丝受拉力时,
沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的
U0
U
(R1 R1)(R4 R4 ) (R2 R2 )(R3 R3) (R1 R1 R2 R2 )(R3 R3 R4 R4 )
金属电阻丝应变片的基本结构 1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线
三、应变片的粘贴技术
(1) 应变片的检查与选择 (2) 试件的表面处理 (3) 底层处理 (4) 贴片 (5) 固化 (6) 粘贴质量检查 (7) 引线焊接与组桥连接
2.1.2 应变片的温度误差补偿
应变片的敏感栅是由金属或半导体材料制成的，因此工作 时既能感受应变，又是温度的敏感元件。因为应变引起的 电阻值变化很小，所以要提高测量精度，就必须消除或减 小温度的影响。
1.精确度，线性度好，灵敏度高 2.滞后和蠕变都较小，寿命高 3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4.结构较简单，体积较小应用灵活 5.工作稳定、保养方便
应变式传感器除可用于测量力参数外，还 可用于测量位移、加速度，振幅等其他物理量。
2.1.1金属电阻 应变片的工作原理
应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将 被测量转换为电量输出的一种传感器。
第二章 电阻式传感器原理与应用
电阻式传感器的基本原理是将被测量的 变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过 转换电路变成电信号输出。 （1）电阻式应变片 （2）压阻式 （3）热电阻式 测量参数：形变、压力、力、位移、加速度、 温度
测量电路
2.1 应变式传感器
自动测力或称重中应用最普遍的是电阻应 变式传感器，应变式传感器有下列优点：
关系可表示为
d L
d
L
式中: μ——材料的泊松比, 负号表示应变方向相反。 ε ——材料的纵向应变
以ε取代 L 和 d ，由材料力学可知：
L
d
应力
/ E
R R
(1 2)
(1
R
2R)
(1 L
p2 L LL
二、电阻应变片的结构与种类
金 属 丝 式 ： 直 径 d=0.02mm~0.05mm, 允 许 电 流 I=10mA~12mA,电阻R=50~1000欧姆. 铂等
金属箔式：厚度0.003~0.01mm，康铜、镍铬 光刻腐蚀技术
金属薄膜式：厚度0.1微米。真空蒸镀、沉积、溅射
用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。 当被测对象受力变形时，应变片也随同变形，其电 阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电 流的变化。
E)
金属电阻的灵敏系数
k0
R
R
1 2
Βιβλιοθήκη Baidu
/
1 2 材料的几何尺寸变化引起的（应变效应）
k0
/
材料的电阻率ρ 随应变引起的（压阻效应）
金属材料：k0以前者为主，则k0≈1+2μ =1.7~3.6
半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
R R
k0
2)热敏电阻补偿
R5 分流电阻
R1＋⊿R
R2 Rt
U
Ui
R3
R4
U0
TK Rt URt U = Ui - URt
K
2.1.3 电阻应变片的测量电路
直流电桥 交流电桥
作用：将电阻的变化转换为电压输出。
一、 直流电桥
空载电压：
U0 UCD UCB U DB
U R1 R2
R2
U R3
(1) 在应变片工作过程中，必须保证R3 =R4。 (2) R1 和RB 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Ro。
(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。
一、金属的应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值发生变化。
取一根长度为L，截面积为S，电阻率为ρ 的金 属丝，未受力时其电阻R为
R L
A
F Δ l、Δ A 、Δρ Δ R
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（取负号）, 电阻率将因晶格发生变形 等因素而改变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为
1. 应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，
称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主 要因素有以下两方面。 1) 电阻温度系数的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
2. 电阻应变片的温度补偿方法
1)电桥补偿
补偿片补偿
置于相同现场温度
补偿应变片
工
作
应
变
若此时被测试件有应变ε 的作用，则工作应变片电阻R1 又产生新的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故
不产生新的增量。此时电桥输出电压为:
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
Uo = 由AR上1R式4K可ε知，电桥的输出电压Uo 仅与被测试件的应变ε
不受力
片
受力
当被测试件不承受应变时，R1 和RB 又处于同一环境温度 为t℃的温度场中，调整电桥参数，使之达到平衡，有
U0 A(R1R4 RBR3)
工程上，一般按R1=RB=R3=R4 选取桥臂电阻。
温度升高或降低时，引起的两个应变片的电阻变化量相同 电桥仍处于平衡状态：
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
R4
R4
U0
R1R4 R2R3 U (R1 R2 )(R3 R4 )
等效电阻：
R R1R2 R3R4 R1 R2 R3 R4
R’
输 出 电 压
直流电源U
直流电桥平衡条件：
R1R4 R2 R3
当 R1R4 R2R3 时,电桥处于平衡状态，输出电压 U0 0 ， 电桥各臂均有电阻增量 R1, R2 , R3和R4，得
R L A R LA
式中ΔL/L是长度相对变化量, 用应变ε表示
L
轴向应
L
变
ΔA/A为电阻丝的截面积相对变化量, 因 A 1 d 2
4
A 2d
Ad
径向应
变
由材料力学, 在弹性范围内, 金属丝受拉力时,
沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的
U0
U
(R1 R1)(R4 R4 ) (R2 R2 )(R3 R3) (R1 R1 R2 R2 )(R3 R3 R4 R4 )
金属电阻丝应变片的基本结构 1-基片；2-电阻丝；3-覆盖层；4-引出线
三、应变片的粘贴技术
(1) 应变片的检查与选择 (2) 试件的表面处理 (3) 底层处理 (4) 贴片 (5) 固化 (6) 粘贴质量检查 (7) 引线焊接与组桥连接
2.1.2 应变片的温度误差补偿
应变片的敏感栅是由金属或半导体材料制成的，因此工作 时既能感受应变，又是温度的敏感元件。因为应变引起的 电阻值变化很小，所以要提高测量精度，就必须消除或减 小温度的影响。
1.精确度，线性度好，灵敏度高 2.滞后和蠕变都较小，寿命高 3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4.结构较简单，体积较小应用灵活 5.工作稳定、保养方便
应变式传感器除可用于测量力参数外，还 可用于测量位移、加速度，振幅等其他物理量。
2.1.1金属电阻 应变片的工作原理
应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将 被测量转换为电量输出的一种传感器。
第二章 电阻式传感器原理与应用
电阻式传感器的基本原理是将被测量的 变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过 转换电路变成电信号输出。 （1）电阻式应变片 （2）压阻式 （3）热电阻式 测量参数：形变、压力、力、位移、加速度、 温度
测量电路
2.1 应变式传感器
自动测力或称重中应用最普遍的是电阻应 变式传感器，应变式传感器有下列优点：
关系可表示为
d L
d
L
式中: μ——材料的泊松比, 负号表示应变方向相反。 ε ——材料的纵向应变
以ε取代 L 和 d ，由材料力学可知：
L
d
应力
/ E
R R
(1 2)
(1
R
2R)
(1 L
p2 L LL
二、电阻应变片的结构与种类
金 属 丝 式 ： 直 径 d=0.02mm~0.05mm, 允 许 电 流 I=10mA~12mA,电阻R=50~1000欧姆. 铂等
金属箔式：厚度0.003~0.01mm，康铜、镍铬 光刻腐蚀技术
金属薄膜式：厚度0.1微米。真空蒸镀、沉积、溅射
用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。 当被测对象受力变形时，应变片也随同变形，其电 阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电 流的变化。
E)
金属电阻的灵敏系数
k0
R
R
1 2
Βιβλιοθήκη Baidu
/
1 2 材料的几何尺寸变化引起的（应变效应）
k0
/
材料的电阻率ρ 随应变引起的（压阻效应）
金属材料：k0以前者为主，则k0≈1+2μ =1.7~3.6
半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
R R
k0
2)热敏电阻补偿
R5 分流电阻
R1＋⊿R
R2 Rt
U
Ui
R3
R4
U0
TK Rt URt U = Ui - URt
K
2.1.3 电阻应变片的测量电路
直流电桥 交流电桥
作用：将电阻的变化转换为电压输出。
一、 直流电桥
空载电压：
U0 UCD UCB U DB
U R1 R2
R2
U R3