电阻应变式传感器
电阻应变式传感器.
电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。
应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。
应变式传感器特点①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③结构简单，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。
1、应变式传感器的工作原理(1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。
公式推导：若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则:(9.1)如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S 变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。
将式(9.1)微分，整理可得:(9.2)对于圆形截面有：(9.3)为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有:(9.9)将式(9.9)代入(9.3)得:(9.5)将式(9.5)代入(9.2)，并整理得：(9.6)(9.7)或K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
公式简化过程：由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。
对于金属材料项比项小得多。
大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成：(9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。
通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。
(2) 应变片的基本结构及测量原理距用面积。
应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如2为的电阻丝制成的。
电阻应变式传感器
当温度变化∆t时，电阻丝电阻的变化值为：
∆Rα=Rt-R0=R0α0∆t
2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时，不论环境温度如 何变化，电阻丝的变形仍阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的 变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀 系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为
当电桥平衡时, Uo=0, 则有 或 R1R4 = R2R3
R1 R3 = R2 R4
电桥平衡条件：相邻两臂 电桥平衡条件 电阻的比值应相等, 或相 对两臂电阻的乘积相等。
电桥接入的是电阻应变片时，即为应变桥。当一个 桥臂、两个桥臂乃至四个桥臂接入应变片时，相应 的电桥为单臂桥、半桥和全臂桥。 2．不平衡直流电桥的工作原理及电压灵敏度
R1 Z1 = R1 + jwR1C1
R2 Z2 = R2 + jwR2C2
Z 3 = R3
输出电压
⋅ ⋅
Z 4 = R4
U ( Z1Z 4 − Z 2 Z 3 ) U0 = ( Z1 + Z 2 )( Z 3 + Z 4 )
要满足电桥平衡条件, 即U0=0, 则有 Z1 Z4 = Z2 Z3
或
∆R ∆ρ = (1 + 2 µ )ε + R ρ
∆ρ ∆R R = (1 + 2 µ ) + ρ
ε
ε
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电 阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的 电阻相对变化量, 其表达式为 ∆ρ ρ K 0 = 1 + 2µ + ε ∆R = k 0ε 因此 R 灵敏度系数受两个因素影响: ①受力后材料几何尺寸的变化, 即（1+2µ）; ②受力后材料的电阻率发生的变化, 即∆ρ/
第2章 电阻应变式传感器
（ 2 2 ）
传感器原理与应用——第二章
电阻相对变化量为：
dR dL d dA R L A
若电阻丝是圆形的， 则A=πr ² 微分 ,对r
（ 3 2 ）
l
2r
2(r-dr)
F
l+ dl
得dA=2πr dr，则：
dA 2rdr dr 2 2 A r r
图2-1 金属丝的应变效应
• 应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量 等参数应用最广泛的传感器。
传感器原理与应用——第二章
2.1 电阻应变片的基本原理 应变式传感器的核心元件是电阻应变片，它可将试件 上的应力变化转换成电阻变化。 2.1.1 应变效应 当导体或半导体在受到外界力的作用而不能产生位移
时，则会产生机械变形（它的几何形状和尺寸将
指 示 应 变 卸载
Δε
εi
加载 机械应变εR 图2-6 应变片的机械滞后
传感器原理与应用——第二章
产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使
敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变
片时，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充
分等。
机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载 时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。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。
很宽的范围内均为线性关系。
传感器原理与应用——第二章
即:
R
R
K 或
K
R
R
（ 14 2 ）
K为金属应变片的灵敏系数。
测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的
灵敏系数KS。原因主要是胶层传递变形失真及横向效
电阻应变式传感器
a) 丝式
b) 箔式
金属电阻应变片结构
1 2
3
12 3 体型半导体应变片
图3-1-5 电阻应变片的类型
3.1.1 应变片的工作原理
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应变电阻效应
（1）金属材料的应变电阻效应
dRRd(12u)
∵d CdV ∷dVdldA(12u)
V Vl A
金属丝材的
∴ d R R {1 (2)C (12)}K m
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3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 应变片的工作原理 3.1.2 电阻应变传感器的测量电路 3.1.3 电阻应变传感器的温度误差及其补偿 3.1.4 电阻应变传感器的应用 3.1.5 电阻应变传感器实训
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3.1.1 应变片的工作原理
• 图3-1-4示出了电 阻应变片的基本 结构。
• 由材料力学知，经向收缩 和r 轴向伸长 的关系为：
•
r
drd，l称为泊松比
r
l
• 则 d R R d l(1 l2 ) d (1 2 ) d
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3.1.1 应变片的工作原理
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• 下面分导体和半导体两种情况对 上式进行讨论： – 金属电阻应变片（按结构形 式分） • 丝式 • 箔式 • 薄膜式 – 半导体应变片 • 体型半导体应变片 • 薄膜型半导体应变片 • 扩散型半导体应变片
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3.1.2 电阻应变传感器的测量电路
• 由于电阻应变片工作时其电阻变化很微小，例如，一
片 k、2初始电阻120Ω的应变片，受1333微应变（约2吨
重的力）时，其电阻变化仅0.36Ω。 • 测量电路的任务是把微弱的电阻变化转换成电压或电流的
变化，因此常用直流电桥和交流电桥作为测量电路。 • 目前应变片电桥大都采用交流电桥，但由于直流电桥比较
电阻应变式传感器
提出问题？
当Ui值确定后, n值取何值时使K最高？
解决办法：
当dK/dn=0 时，求K的最大值。
U0 n K Ui R1 ( 1 n )2 R1
dK 1 n 3 dn 1 n
Ui 求得n=1时, K为最大值 K 4 即： 在电桥电压确定后, 当R1=R2=R3=R4时, 电桥电 压灵敏度最高, 此时有
结论：
U i R1 U0 4 R
当电桥电压Ui和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值, 且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
d.存在的不足
R1
B R2
Io
A
R3 D R4
C RL
Uo
放大器
（1）考虑：
＋
Ui －
应变片R1工作时, 其电阻值变化很小， 即：△R1很小 电桥相应输出电压也很小，即：Uo很小
Ui －
K
分析可知：
U0 n Ui R1 (1 n)2 R1
—— 电桥电压灵敏度
① 电桥电压灵敏度K正比于电桥供电电压Ui Ui↑→ K↑ 但供电电压Ui的提高受到应变片允许功耗的限 制，所以要作适当选择; ② 电桥电压灵敏度K=K(n) ， 恰当地选择桥臂比n 的 值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
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
玩具机器人（广州中鸣数码）
原理
直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值变化
电子称
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。
《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 。
电阻应变式传感器介绍
最低固化条件 室温10小时或
60℃2小时 室温1小时 室温24小时 室温2.5小时 200℃2小时 150℃3小时 150℃1小时 190℃3小时 200℃3小时 280℃2小时 400℃1小时 400℃3小时
固化压力 /104Pa 0.5~1
粘合时指压
0.3~0.5 粘合时指压 粘合时指压
2 1~2 — — 1~3
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等 制成胶膜, 厚度约0.03～0.05mm
3.黏合剂材料
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用 金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方 向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和 敏感栅。
2.3应变片的主要参数
1.应变片电阻值（R0） 电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、350Ω，500Ω和1000Ω 等 多种规格，以120Ω最为常用。 应变片的电阻值越大，允许的工作电压就大，传感器的输出电压 也大，相应地应变片的尺寸也要增大，在条件许可的情况下，应 尽量选用高阻值应变片。
2.绝缘电阻(敏感栅与基底间电阻值: 要求>1010欧姆；
在金属丝的弹性范围内，灵敏系数KS 为常数，即 :
R R
Ks
线性关系
通常很小, 常用10-6表示之。例如, 当 为0.000001时, 在工程中 常表示为1 10-6或 m/m。在应变测量中, 也常将之称为微应变
(με)。对金属材料而言, 当它受力之后所产生的轴向应变最好不要 大于1 10-3, 即1000 m/m, 否则有可能超过材料的极限强度而 导致断裂。
合剂
化环已酮、萘酸钴干料
环氧树脂、聚硫酚铜胺、 固化剂
环氧树脂类 酚醛环氧、无机填料、
电阻式应变传感器
电阻式应变传感器是以电阻应变计为转换元件的传感器，其精确测量工作的原理是应变式原理。
这种应变计可以将变形能量转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成的电阻应变式传感器，可以根据具体测量要求，设计成多种结构的形式。
还有这样的事实存在，弹性敏感元件如果受到所测量的力会产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
目前，在测量行业内，常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精
度高，测量范围广寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
电阻式应变传感器常见的特点有以下几点：
①精度高，测量范围广；
②使用寿命长，性能稳定可靠；
③结构简单，体积小，重量轻；
④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；
⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。
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电阻应变式传感器
电阻应变式传感器
三、 电阻应变片的测量电路及温度补偿
（一） 测量电路
应变片把机械应变转化为有对应 关系的电阻变化后，需要将电阻的变 化转换为电压或电流的变化。由于应 变量非常小，通常采用测量电桥，将 微小的电阻变化转化为电压或电流的 变化。根据电源的不同，可将电桥分 为直流电桥和交流电桥。电桥的一般 形式如图1-7所示。
R
（1-5）
电阻应变式传感器
k0
1 2
/
，其中k0为电阻丝的灵敏系数，即单位应变所引
起的电阻的相对变化。通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝
的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。
k0
1
2
/
可知，电阻丝的灵敏系数受两个因素的影响：
一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ，对某种材料来说
，它是一个常数；另一个是 / ，它是由电阻丝电阻率的改变而引
起的。
/
（1）对于金属材料， 是常数，并且比1+2μ小很多，往往可
以忽略不计，故 k0 1 2 。
电阻应变式传感器
（2）对于半导体材料，(dρ/ρ)/ε 的值比1+2μ大得多，电阻丝
的灵敏系数主要由电阻率相对变化所决定。 （3）大量实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻
相对变化与轴向应变成正比。通常，金属丝的灵敏系数k0为2左右， 不超过4~5，半导体应变片的灵敏系数为100~200。
半导体应变片的灵敏系数比金属电阻丝式应变片高几十倍，但 半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范 围受到一定的限制。
电阻应变式传感器
二、 电阻应变片的结构和特性 1. 应变片的分类与结构
电阻应变式传感器
第一节 电阻应变式传感器
被测量⇒应变() ⇒电阻变化(R)
1.1 金属电阻应变式传感器
金属电阻应变式传感器是一种利用金属电阻应变片将应变 转换成电阻变化的传感器。
1.1.1金属电阻应变片
1.1.1.1 工作原理
1.电阻-应变效应 当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相 应地发生变化，这种现象称为金属导体的电阻-应变效应。 金属导体的电阻-应变效应用灵敏系数K描述 R R R R K （2-1） l l 式中 =l/l—轴向应变。
0 cos2x2 / cos2x1 / 2l 0
(2-13)
应变波幅值测量的相对误差
p 0 sin l 0 / 1 0 l 0
(2-பைடு நூலகம்4)
当n=/l0 =10～20时，=1.6%～0.4% δ<2%时，应变片的响应频率
1.1 金属电阻应变式传感器
9．动态特性
应变测试中，应变片的指示应变是敏感栅覆盖面积下的
轴向平均应变。 静态测试时，应变片能正确反映它所处受力试件内各点 的应变； 动态测试时，应变是以应变波的形式沿应变片的敏感栅 的长度方向传播，因而应变片反映的平均应变与瞬时应变 有 一定差异，产生动态误差。
图2-6 应变片的机械滞后
1.1 金属电阻应变式传感器
7．应变极限
对于已粘贴好的应变片，其应变极限是指在一定温度下， 指示应变m 与受力试件的真实应变i的相对误差达到规定 值（一般为10%）时的真实应变j ，如图2-7所示
图2-7 应变极限
1.1 金属电阻应变式传感器
8．零漂和蠕变
粘贴在试件上的应变片，温度保持恒定，在试件不受力 （即无机械应变）的情况下，其电阻值（即指定应变）随时 间变化的特性称为应变片的零漂；如果应变片承受恒定机械 应变（1000内）长时间作用，其指示应变随时间变化的 特性称为应变片的蠕变。
第一章电阻式应变式传感器
上午2时13分
38
全桥差动
③ 全桥差动
R1、R4 受拉应变 R2、R3 受压应变
R1+ΔR1
为提高电桥电压灵敏度 n=1 R4-ΔR4
R1-ΔR1 + U0
R4+ΔR4-
R2 R4 1 R1 R3
E 图1.16 全桥差动电路
上午2时13分
39
全桥差动
结论：
Uo
E
R1 R1
KU E
✓Uo与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差， ✓而且电桥电压灵敏度KU=E，是单臂工作时的四倍。 ✓同时还具有温度补偿作用。
上午2时13分
18
温度误差 四、电阻应变式传感器的温度误差及补偿
1、温度误差及产生原因
由于温度变化引起的应变输出
（1）敏感栅电阻值（T）
Rt=R0(1+αΔt)
Rt R0 R0t Rt R0t
附加应变
t
Rt / R0 K
R0t / R0
K
t
K
特点
T ； ； t
上午2时13分
19
温度误差
电 桥
桥臂关系
半等臂电桥
电源端对称 Z1 Z 4, Z 2 Z 3 输出端对称 Z1 Z 2, Z 3 Z 4
全等臂电桥 Z1 Z 2 Z 3 Z 4
负载 电压输出桥：RL , I 0
功率输出桥：U、I
上午2时13分
28
平衡电桥
（一）
R1
R2
1 平衡电桥
RL U0
当RL→∞时，电桥输出电压为：
y x
上午2时13分
泊松比
6
一、工作原理
电阻丝的灵敏系数Ks：单位应变所引起的电阻相对变
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。
第二章电阻应变式传感器
线性，灵敏度*4
9 05:14
2018/10/6
恒流源电桥补偿法： 全等臂电桥，恒流源，单臂工作：
' U 0 I
R3R1 RR1 I R1 R2 R3 R4 R1 4 R R1 U 0 I
非线性
近似线性：
R3R1 IR R1 R1 R2 R3 R4 4 R
7
相对桥臂相加 相邻桥臂相减
U R1 05:14 4 R 1
2018/10/6
单臂工作：R1-应变片，R2-补偿片，R3、R4固定电阻
U 0
(2) 交流电桥： 原理：相同 ； 输入输出：直流 平衡条件： Z1Z3 Z2 Z4
Z ze j
交流， 电阻
阻抗
z1z3 z2 z4
平衡 输出 C1R4 C2 R3
H K y / Kx
横向效应系数
2018/10/6 5 05:14
机械滞后： 粘接 --- 过热/过载 残余变形 蠕变和零漂： 粘接 内应力
不重合
预载/重复加载
滑移
固化，增大弹性膜量
应变极限：非线性误差达到10%的应变值，过载能力
(2) 动态特性： 力传导：机械应变
基底
胶层
敏感栅
滞后
正弦响应：幅值降低
非线性误差：
' U0 U0 IRR1 /(4 R) IRR1 /(4 R R1 ) R1 / R1 eL ' U0 IRR1 /(4 R R1 ) 4 R1 / R1
(4) 电桥的温度效应及其补偿： 温度效应：标准状态（t=20C，p=760mmHg，f=10mmHg），（理想） 实际温度：偏差 --- 特性改变 --- 输出改变
电阻应变传感器实验报告
一、实验目的1. 理解电阻应变式传感器的基本原理和结构。
2. 掌握电阻应变式传感器的测量方法及其在工程中的应用。
3. 通过实验验证电阻应变式传感器在不同应变条件下的响应特性。
二、实验原理电阻应变式传感器是利用电阻材料的应变效应，将机械变形转换为电阻变化的传感器。
其基本原理如下：当电阻丝受到拉伸或压缩时，其长度和截面积将发生变化，从而导致电阻值的变化。
这种电阻值的变化与应变值呈线性关系。
通过测量电阻值的变化，可以计算出应变值。
实验中使用的电阻应变式传感器主要由电阻应变片、引线、电桥电路和电阻应变仪组成。
三、实验器材1. 电阻应变式传感器2. 电桥电路3. 电阻应变仪4. 拉伸装置5. 载荷装置6. 电流表7. 电压表8. 电阻箱四、实验步骤1. 将电阻应变式传感器安装到拉伸装置上，确保传感器与拉伸装置的连接牢固。
2. 将电桥电路连接到电阻应变仪上，并调整电桥电路的平衡。
3. 通过拉伸装置对传感器施加不同等级的拉伸力，记录相应的应变值。
4. 使用电阻应变仪测量电阻值的变化，并计算应变值。
5. 重复步骤3和4，验证电阻应变式传感器在不同应变条件下的响应特性。
五、实验结果与分析1. 电阻应变式传感器在不同应变条件下的响应特性实验结果表明，电阻应变式传感器在不同应变条件下的响应特性良好，其电阻值的变化与应变值呈线性关系。
当拉伸力逐渐增大时，电阻值也随之增大，且变化趋势与应变值的变化趋势基本一致。
2. 电阻应变式传感器的灵敏度实验结果表明，电阻应变式传感器的灵敏度较高。
在相同的应变条件下，电阻应变式传感器的电阻值变化较大，说明其具有较高的灵敏度。
3. 电阻应变式传感器的线性度实验结果表明，电阻应变式传感器的线性度较好。
在一定的应变范围内，电阻应变式传感器的电阻值变化与应变值呈线性关系，说明其具有较高的线性度。
六、实验结论1. 电阻应变式传感器是一种有效的应变测量装置，具有灵敏度高、线性度好等优点。
2. 电阻应变式传感器在工程中具有广泛的应用前景，如结构健康监测、材料力学性能测试等。
2电阻应变式传感器
根部沿〈110〉和〈110〉晶向各 扩散两个P型电阻，并接成电桥。 当悬臂梁自由端的质量块受加速 度作用时，悬臂梁受弯矩作用产 生应力，其方向为梁的长度方向。 从而使四个电阻中两个电阻的应 力方向与电流一致，另两个
电阻的应力方向与电流垂直。
图2.24 压阻式加速度传感器原理结构
1-基座；2-扩散电阻；3-硅梁；4-质量块
1.测力传感器
应变计式传感器的最大用武之地 还是称重和测力领域。这种测力 传感器的结构由应变计、弹性元 件和一些附件所组成。视弹性元 件结构型式(如柱形、筒形、环形、 梁式、轮幅式等)和受载性质(如拉、 压、弯曲和剪切等)的不同，它们 有许多种类。
2.压力传感器
压力传感器主要用来测量流体的 压力。视其弹性体的结构形式有 单一式和组合式之分。单一式是 指应变计直接粘贴在受压弹性膜 片或筒上。膜片式应变压力传感 器的结构、应力分布及布片，与
第二章 电阻应变计式 传感器
第五节 电阻应变计式 传感器 第六节 压阻式传感器
一.原理和特点
综上所述，电阻应变计有两
方面的应用：一是作为敏感元件， 直接用于被测试件的应变测量； 另一是作为转换元件，通过弹性 元件构成传感器，用以对任何能 转变成弹性元件应变的其它物理 量作简接测量。用作传感器
传感器灵敏度的温漂是由于 压阻系数随温度变化而引起的。 当温度升高压阻系数减小， 传感器的灵敏度要减小；反之灵 敏度增大，零位温度一般可用串 联电阻的方法进行补偿，如图 2.25。
串联电阻Rs 主要起调节作 用，并联电阻 Rp则主要起 补偿作用。
图2.25温漂补偿电路
例：温度上升，R s的增量较大， 则A点电位高于C点电位，VA－VC 就是零位漂移。再R2上并联一负 温度系数的阻值较大的电阻R p， 可约束的R s变化，而实现补偿， 以消除此温度 差。
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电阻应变式传感器1 引言把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
【1】它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器(见位移传感器)和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
2 电阻应变式传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。
电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。
弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。
因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。
3 金属箔式电阻应变片电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：△R/R=Kε式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△l/l为电阻丝相对长度变化，电阻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受力状态变化、电桥的作用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，对单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。
4 电阻应变式传感器的测量4.1 实验原理（1）直流电桥由图1（a）桥电路可知：当电源电压为U，其内阻为零，桥臂电阻为R1、R2、R3及R4，负载电阻为R。
根据等效电压源定理。
可计算出负载电流与电桥各参数间的关系为:I=（R1 R4- R2 R3）/[R(R1+ R2)( R3+ R4)+ R1R2 ( R3+ R4)+ R3R4 ( R1+ R2)]; （9-1-10）当I=0时成电桥平衡，其条件为R1 R4=R2 R3或R1/R2 =R3/R4（9-1-11）平衡条件可以表述为电桥相对两臂电阻的乘积相等，或相邻两臂的电阻比相等。
电阻应变片工作时，通常其电阻变化是很小的，电桥相应的输出电压也很小。
要推动检测或记录仪器工作，必须将电桥输出电压进行放大，为此必须了解△R/R与电桥输出电压的关系。
在四臂电桥中，如只有R1为工作应变片，由于应变而产生那个的电阻变化为R1，而R2、R3及图1 电桥电路R4为固定电阻，则此电桥称为单臂电桥。
U0为电桥输出电压，并设负载电阻R开路，电桥电路如图1（b）所示。
无应变时，△R1=0，电桥处于平衡状态，U0=0；若应变片受力产生应变，则该臂阻值为R1+△R1时，电桥就有输出电压U0为U0=U(R1+R2)/(R1+△R1+R2)-R3U/(R3+R4) =U(R3/R4)( △R1/R1)/[1+(△R1/R1)+(R2/R1)][1+(R4/R3)]（9-1-12）设电桥初始平衡时R2/R1=R4/R3=n时。
且若△R1/R1<<n，略去分母中的△R1/R1，可得U01≈[nU/[（1+n）（1+n）]]* R1/R1 （9-1-13）定义KV=U0/（R1/R1）为单臂工作应变片的电桥（输出）电压灵敏度，其物理意义时单位电阻相对变化量引起电桥（输出）电压的大小变化。
KV = nU/[（1+n）（1+n）] （9-1-14）由此可以看出KV值的大小由电桥电源电压U和桥臂n决定。
电桥电源电压越高，输出电压的灵敏度越高，但提高电源电压使应变片和桥臂电阻功耗增加，温度误差增大，一般电源电压取2~4V为宜。
桥臂比n取何值时KV最大？KV是n的函数，取dKV/dn=0时有KV最大值，显然n=1，R1=R2=R3=R4，可求的最大电压灵敏度为KV1=U/4（9-1-15）式（9-1-13）中求出的输出电压值是近似值，实际值应按（9-1-12）计算，其结果为U01=nU(△R1/R1)/[(1+n)(1+n+△R1/R1)]（9-1-16）因此有非线性误差δ=（U0-U01）/U0=(△R1/R1)/(1+n+△R1/R1) （9-1-17）为了减小和克服非线性误差，常用的方法就是采用差动电桥，如图1（c）所示，在试件上安装两个工作应变片，一片受拉力，一片受压力。
两者应变符号相反，接入点桥相邻桥臂，称作半桥差动电桥。
输出电压为U02=[U(R1+△R1)]/[(R1+△R1+R2-△R2)-R3/(R3+R4)](9-1-18)设电桥平衡时R1=R2=R3=R4, △R1=△R2，则U02=(U/2)*（△R1/R1）（9-1-19）因此，输出电压U02与电阻变化△R1/R1呈线性关系，没有线性误差，并且电桥灵敏度KV2=U/2比单臂电桥时提高1倍，还具有温度补偿作用。
为了提高输出电压的灵敏度或进行温度补偿，在桥臂中往往安置多个应变内片。
电桥也可采用四臂电桥或称为全桥差动电桥，如图1（d）所示。
电桥平衡时R1=R2=R3=R4，若忽略高阶微小量，可得U02=U*(△R1/R1)（9-1-20）可见此时没有非线性误差，而且输出电压为单臂的4倍。
（2）交流电桥采用直流电桥的优点是稳定性高，直流电源易于获得，电桥调节平衡电路简单，连接导线分布参数影响小。
但是输出电压采用直流放大器，易产生零点漂移，线路也较复杂，因此应变电桥现在多采用交流电桥，用交流电桥时，其连接导线分布电容影响、平衡调节、信号放大电路等均与直流电桥有明显不同。
交流电桥线路与直流电桥相似，只是各桥臂均含有L、C、R或任意组合的复阻抗。
设交流电桥的四臂Z1、Z2、Z3、Z4为阻抗，U为交流电源，开路输出电压为U0。
根据电路分析，同直流电桥一样有U0=(U*Z1)/(Z1+Z2)-(U*Z3)/(Z3+Z4)=[U*(Z1Z4-Z2Z3)]/[(Z1+Z2)(Z3+Z4)](9-1-21)要满足电桥平衡条件，即U0=0.则应有Z1Z4-Z2Z3=0或Z1/Z2=Z3/Z4（9-1-22）设四桥臂阻抗分别为Zi=Ri+jXi=Ziejsi，i=1，2，3，4 （9-1-23）上式中Ri为各桥臂电阻，Xi为各桥臂的阻抗，Zi和Si分别为各桥臂复阻抗的模值和幅角。
将这些值代入式（9-1-22）中，的交流电桥的平衡条件是Z1Z4=Z2Z3且S1+S4=S2+S3（9-1-24）上式说明交流电桥平衡条件为：相对桥臂阻抗模值积相等，相对桥臂阻抗幅角之和相等。
设交流电桥的初始状态是平衡的，当工作应变片电阻Ri改变△Ri后，引起阻抗Z1变化△Z1，代入式（9-1-21）中，有U01=[(U*Z1/Z3)*（△Z1/Z1）]/[(1+Z3/Z1+△Z1/Z1)(1+Z4/Z3)] (9-1-25)略去上式分母中的△Z1/Z1项，并设初始Z1=Z2，Z3=Z4，则有U01=（U/4）*（△Z1/Z1）五电桥的线路补偿1）初始平衡补偿对平衡位置（零点）的改变进行的补偿。
如果某一对桥臂电阻的乘积较小，可对这两个电阻中的任一个串联小的补偿电阻进行补偿，以满足电桥的初始平衡条件。
（3）弹性模量补偿弹性材料受环境影响，如升温变软，弹性模量减小；老化变硬，弹性模量增大等。
对于升温变软，可采用铜丝或镍丝制成补偿电阻RE进行补偿。
分析：当弹性材料升温变软，同样受力引起的应变ε增大，测量电路输出会增大。
加上RE之后，由于RE升温增大，电桥电路供电电压减小，补偿了升温引起的输出增大。
调零温度补偿弹性模量补偿一新型电子天平1．引言电子天平具有测量速度快，精度高，操作简单方便，能够实现自动校准，自动去皮重等一系列优点，使得它广泛应用于国防、科研、工业、农业及人们的日常生活之中。
2、硬件设计基于电阻应变式传感器的电子天平的结构框图如图l所示。
2．1系统的工作过程电阻应变式传感器输出信号很小，系统中使用了两级运算放大电路，第一级选用仪表放大器AD620，AD620线性度好，增益设定方便，共模抑制比高，直流漂移小，往往用来精确放大载于高共模电压上的小差动信号，第二级运算放大电路采用低失调精密运算放大~OP07，两级放大电路均采用±12V 双电源供电，以提高系统精度，称重传感器在供桥电压激励下输出的电压信号经过放大，在进入ADC转换之前须进行滤波和负压保护处理；A／D 转换器选ADS1100，它是一款高精度自校正的差分输入转换器，l6位转换精度，内置可编程增益放大器，采样速率可在8、l6、32、128SPS 之间选取，且功耗较低。
2_2比例测量技术·所谓比例测量技术，是指ADC参考电压与称重传感器的激励电压由同一电源提供以提高测量精度，如图2所示，设ADC 输出为OUT D ，放大电路部分的总增益为A ，结合电阻应变式称重传感器的工作原理，我们有可见，采用比例测量方法，ADC 输出只与传感器的应变杼陛和运算放大电路的总增益成正比，而与ADC的基准源和称重传感器的激励源都没有关系。
3测量传感器的输入输出电压信号(I)传感器正常工作时，必须首先由称重仪表提供给它一个稳定的直流供桥电压Ui(激励电压)，其值一般在10～15v范围内，具体可查阅传感器合格证，当传感器激励电压改变时，由式二可知其输出电压信号U。
必然发生变化。
(2)在电子衡器系统内安装好的传感器由于受秤体自身重力作用，应变片会发生微小变形，同时考虑传感器本身的零点不平衡输出，在空秤时，传感器输出直流电压信号一般在1—2my左右，若过大或过小则该传感器很可能已损坏。
(3)对电子衡器加载时传感器输出电压信号必然随载荷量的加大而增加，因此通过测量加载状态下传感器的不同输出电压信号并与空秤时传感器输出电压信号相比较也可判断出传感器的好坏。
二电阻式触摸屏原理四线电阻式触摸屏由3层构成：底层是绝缘层——玻璃基板，上面涂有两层透明电阻层。
每一电阻涂层各在X／Y方向上有两条检测线，共有4条检测线：x+、x一、Y+、Y一。
没有触摸信号时，两层电阻层没有接触点，互不导通；当某一触摸时，则在这一点上两层电阻短接，测量Y轴方向阻值变化，只需在Y+与Y一方向施加电压，将x+读出的压降值送入到A／D转换器，经过A／D转换即可得到相应的Y轴坐标。
同理，测量x轴方向阻值变化，则在x轴方向上施加电压，读取Y+的输出值到A／D转换器即可。
在智能仪表设计中，触摸屏的接口技术主要有：与内置A／D的单片机直接接口；与专用A／D的接口。