电阻式传感器
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使用温度范围宽，输出远大于金属应变传感器；功耗低； 稳定性好；精度与薄膜应变片相当，而工艺比薄膜应变片简 单经济；温漂小。
（二）粘结剂和粘贴技术
粘贴剂形成的胶层必须可靠地将试件或弹性元件产生的 应变传递到应变片的敏感栅去。
1.粘合剂 要求： （1）有一定粘结强度 （2）能准确传递应变 （3）蠕变、机械滞后小 （4）足够稳定 （5）耐湿、耐油、耐老化、耐疲劳
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：
电阻值比箔式应变片高，形状尺寸更小更精确；应变灵敏度 系数大；允许电流密度大；工作范围广
4.厚膜应变片 厚膜应变片使用高纯氧化铝陶瓷材料制成感压膜片，是
用厚膜应变电阻浆料在感压膜片上以丝网印刷技术制成应变 片图形。 优点：
2.粘贴技术 （1）应变片检查、阻值检查（2）试件表面处理 （3）定位划线（4）使粘合剂厚度尽量薄 （5）粘合剂固化处理（6）引线焊接处固定以及防护
三、金属应变片的主要特性
（一）灵敏系数
电阻应变片的灵敏度系数定义为：
R
K
R
x
其中 x 为安装应变片区域
的轴向应变。
实验证明，电阻应变片的灵敏度系数恒小
短接法：制作工艺要求高
2.金属箔式应变片 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的
金属箔栅。 箔片式优点：
（1）光刻技术能制作各种复杂形状的敏感栅
（2）横向效应小 （3）允许大电流通过，提高灵敏度 （4）疲劳寿命长、蠕变小 （5）生产效率高 缺点：电阻值分散性大
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
应变式式传感器是基于金属电阻的应变效应 制成。金属材料多为铝合金材质、合金材质及不 锈钢材质。
一、工作原理
(一)金属的电阻应变效应
金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短） 的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。
设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ 的电阻丝，其电阻值R为：
R
l S
Δl
l
F
（3）可以测量多种物理量;
（4）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。
二、应变片的类型和材料
（一）关于应变片
敏感栅由很细的电阻丝（0.01~0.05mm）或箔式金属片 （厚度为3~10μm）或金属薄膜（0.1μm以下)组成。
回线式：制作简单性能稳定，但横向效
1.金属丝式应变片
应比较大
可见 K K x，即K K0，即应变片存在横向
效应使应变片的灵敏度系数小于直的电阻丝的应变
灵敏度系数。
（三）机械滞后
在一定温度下，应变片的电阻相对变化∆R/R在
应变加载和卸载时不相同，即在同一机械应变值 g
下，对应的∆R/R值（即对应的指示应变 i ）不一致 ，m
称为应变片的滞后。
（四）零漂和蠕变 • 零漂：已经粘贴的应变片，在温度保持不变，试件
应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。
引力应变关系： E
应变片的优点：
（1）结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，由于有 保护覆盖层，可工作于各种恶劣环境；
（2）灵敏度高，测量速度快，范围大、体积小、动态 响应好，适合静态、动态测量，如变形可从弹性到塑 性，由1～20%变化；分辨率可达1～2微应变（με） ；误差小于1%；
电阻式传感器
§2-1 应变式传感器
常见用途：
• 电阻应变式测力/ 称重传感器(straingage based load cell or load cell)，在工程结构试验及材料性能试验中，用于测 量施加于结构或材料上的外载荷(力值)；在衡器和自动称 量技术中，用于测量衡器和自动称量过程中的物体的质量 (重量)。 • 据国际计量联合会(IMEKO)力值和质量计量委员会(TC3)发表的会议录文章介绍，在电子衡器和自动称量系统中， 应用电阻应变式称重传感器占90％以上。
没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时间的 增长而逐渐变化的现象。
• 蠕变：已经粘贴的应变片，在温度保持不变，试件 承受恒定机械应变长时间的作用，应变片的指示应 变会随时间的增长而逐渐变化的现象。
K
y
y
式中，
Kx
R / (
x
R ) y 0 ,
R / R
K y ( y ) x 0
实验确定出Kx和Ky。
令横向效应系数 KH K y / Kx , 则
通常可通过
R R
K
x (
x
KH
y
)
根据应变片灵敏度K的定义可知：
K R / R K x ( x x K H )
x
x
(1 K H )K x
于电阻丝应变片的灵敏度系数，即 K K0 。
（电阻丝应变片存在横向效应）
（二）横向效应
y
P
P
x
y x
l0
纵变向应y 造变成电x 阻造减成少电。阻增加，横向应
图4 放大的栅状电阻应变片及弯角 部分示意图
a r 2b
由于横向效应，横向应变 y也能引起电阻的变化．此时
实际电阻的变化为
R R
K x x
dR 令 RK
dR d (1 2) dl d (1 2)
R
l
d 则 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 2) 项
（2）受力后材料的电阻率发生变化引起的；即
d
p
项
（二）应变片的结构
Δr
r
导线两端受到力F作用时
F
l dl S dS
d
将上式取对数再微分，则引起电阻值变化dR：
dR d dl dS R lS
因 S r2 ， dS 来自百度文库2 dr
Sr
由材料力学可知： dr dl ，式中
（径向变化）
r
l
泊松比
dl 表示电阻丝轴向的相对变化，也就是应变。
l
dR d dl dS R lS
粘贴式应变片制成的测力环和测力棒
材料应变的测试
斜拉桥上的斜拉绳 应变测试
发展历史：
• 1843 年由英国物理学家惠斯顿(Sir Charles Wheastone)发 明了惠斯顿电桥电路。 • 1938年，第一只电阻应变片诞生。 • 在1939~1940 年间，美国麻省理工学院的Ruge Deforest 等人将电阻应变片应用到了应变测量装置中。 • 1942 年完成了酚醛基应变片，从而，使电阻应变式传感 器性能有了进一步的提高。 从上世纪五十年代开始，出现了各类应变片，比如当时发 明的箔式应变片、半导体应变片到现在的厚膜应变片等等。
（二）粘结剂和粘贴技术
粘贴剂形成的胶层必须可靠地将试件或弹性元件产生的 应变传递到应变片的敏感栅去。
1.粘合剂 要求： （1）有一定粘结强度 （2）能准确传递应变 （3）蠕变、机械滞后小 （4）足够稳定 （5）耐湿、耐油、耐老化、耐疲劳
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：
电阻值比箔式应变片高，形状尺寸更小更精确；应变灵敏度 系数大；允许电流密度大；工作范围广
4.厚膜应变片 厚膜应变片使用高纯氧化铝陶瓷材料制成感压膜片，是
用厚膜应变电阻浆料在感压膜片上以丝网印刷技术制成应变 片图形。 优点：
2.粘贴技术 （1）应变片检查、阻值检查（2）试件表面处理 （3）定位划线（4）使粘合剂厚度尽量薄 （5）粘合剂固化处理（6）引线焊接处固定以及防护
三、金属应变片的主要特性
（一）灵敏系数
电阻应变片的灵敏度系数定义为：
R
K
R
x
其中 x 为安装应变片区域
的轴向应变。
实验证明，电阻应变片的灵敏度系数恒小
短接法：制作工艺要求高
2.金属箔式应变片 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的
金属箔栅。 箔片式优点：
（1）光刻技术能制作各种复杂形状的敏感栅
（2）横向效应小 （3）允许大电流通过，提高灵敏度 （4）疲劳寿命长、蠕变小 （5）生产效率高 缺点：电阻值分散性大
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
应变式式传感器是基于金属电阻的应变效应 制成。金属材料多为铝合金材质、合金材质及不 锈钢材质。
一、工作原理
(一)金属的电阻应变效应
金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短） 的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。
设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ 的电阻丝，其电阻值R为：
R
l S
Δl
l
F
（3）可以测量多种物理量;
（4）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。
二、应变片的类型和材料
（一）关于应变片
敏感栅由很细的电阻丝（0.01~0.05mm）或箔式金属片 （厚度为3~10μm）或金属薄膜（0.1μm以下)组成。
回线式：制作简单性能稳定，但横向效
1.金属丝式应变片
应比较大
可见 K K x，即K K0，即应变片存在横向
效应使应变片的灵敏度系数小于直的电阻丝的应变
灵敏度系数。
（三）机械滞后
在一定温度下，应变片的电阻相对变化∆R/R在
应变加载和卸载时不相同，即在同一机械应变值 g
下，对应的∆R/R值（即对应的指示应变 i ）不一致 ，m
称为应变片的滞后。
（四）零漂和蠕变 • 零漂：已经粘贴的应变片，在温度保持不变，试件
应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。
引力应变关系： E
应变片的优点：
（1）结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，由于有 保护覆盖层，可工作于各种恶劣环境；
（2）灵敏度高，测量速度快，范围大、体积小、动态 响应好，适合静态、动态测量，如变形可从弹性到塑 性，由1～20%变化；分辨率可达1～2微应变（με） ；误差小于1%；
电阻式传感器
§2-1 应变式传感器
常见用途：
• 电阻应变式测力/ 称重传感器(straingage based load cell or load cell)，在工程结构试验及材料性能试验中，用于测 量施加于结构或材料上的外载荷(力值)；在衡器和自动称 量技术中，用于测量衡器和自动称量过程中的物体的质量 (重量)。 • 据国际计量联合会(IMEKO)力值和质量计量委员会(TC3)发表的会议录文章介绍，在电子衡器和自动称量系统中， 应用电阻应变式称重传感器占90％以上。
没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时间的 增长而逐渐变化的现象。
• 蠕变：已经粘贴的应变片，在温度保持不变，试件 承受恒定机械应变长时间的作用，应变片的指示应 变会随时间的增长而逐渐变化的现象。
K
y
y
式中，
Kx
R / (
x
R ) y 0 ,
R / R
K y ( y ) x 0
实验确定出Kx和Ky。
令横向效应系数 KH K y / Kx , 则
通常可通过
R R
K
x (
x
KH
y
)
根据应变片灵敏度K的定义可知：
K R / R K x ( x x K H )
x
x
(1 K H )K x
于电阻丝应变片的灵敏度系数，即 K K0 。
（电阻丝应变片存在横向效应）
（二）横向效应
y
P
P
x
y x
l0
纵变向应y 造变成电x 阻造减成少电。阻增加，横向应
图4 放大的栅状电阻应变片及弯角 部分示意图
a r 2b
由于横向效应，横向应变 y也能引起电阻的变化．此时
实际电阻的变化为
R R
K x x
dR 令 RK
dR d (1 2) dl d (1 2)
R
l
d 则 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 2) 项
（2）受力后材料的电阻率发生变化引起的；即
d
p
项
（二）应变片的结构
Δr
r
导线两端受到力F作用时
F
l dl S dS
d
将上式取对数再微分，则引起电阻值变化dR：
dR d dl dS R lS
因 S r2 ， dS 来自百度文库2 dr
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由材料力学可知： dr dl ，式中
（径向变化）
r
l
泊松比
dl 表示电阻丝轴向的相对变化，也就是应变。
l
dR d dl dS R lS
粘贴式应变片制成的测力环和测力棒
材料应变的测试
斜拉桥上的斜拉绳 应变测试
发展历史：
• 1843 年由英国物理学家惠斯顿(Sir Charles Wheastone)发 明了惠斯顿电桥电路。 • 1938年，第一只电阻应变片诞生。 • 在1939~1940 年间，美国麻省理工学院的Ruge Deforest 等人将电阻应变片应用到了应变测量装置中。 • 1942 年完成了酚醛基应变片，从而，使电阻应变式传感 器性能有了进一步的提高。 从上世纪五十年代开始，出现了各类应变片，比如当时发 明的箔式应变片、半导体应变片到现在的厚膜应变片等等。