电阻式传感器原理与应用ppt课件
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电阻式传感器精品PPT课件
6. 理解应变式传感器的结构设计及应用
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
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概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
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设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
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敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
《电阻应变式传感器》课件
薄膜电阻应变式传感器利用薄膜材料制作，具有高灵敏度、低热误差等特点；微型电阻应变式传感器则具有体积 小、重量轻、易于集成等优点，常用于微机电系统等领域。
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 。
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 。
传感器原理与应用—电阻式ppt课件
电阻应变式传感器
电阻应变片工作原理总结：
☫ 电阻应变片工作原理基于应变电阻效应，感受灵敏栅轴 向线应变，输出电阻应变，即： ☫ 金属材料：K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)
△ R K ， K 导电丝材的灵敏系数 0ε 0— R
前部分为受力后金属丝几何尺寸变化所致;后部分为电阻 率随应变而变的部分。金属应变片的应变电阻效应以 结构尺寸变化为主，属于结构型传感器。 前部分同样为尺寸变化所致；后部分为半导体材料的压 阻效应所致。半导体应变片的压变电阻效应主要基于 压阻效应，属于物性型传感器。
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☫ 半导体材料：K0=KS=(1+2μ)+πE
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电阻应变式传感器 (2) 电阻应变式传感器的结构与类型
☻ 应变计的结构
利用导电材料的应变电阻效应，可以制成测量试件表面 应变的敏感元件，即：电阻应变计（片），简称应 变计（片） strain gauge 。
☻ 应变计的结构型式及其组成
下面将介绍几种典型的电参量型传感器，包括电 阻输出型、电感输出型、电容输出型三类电参量 型传感器。
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电参量型传感器
电阻式传感器
电感式传感器
电容式传感器
电参量型传感器测量电路
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电阻式传感器
被测量变化能引起传感器输出电阻值变化的 传感器统称为电阻输出型传感器，简称电阻 式传感器。
♛ 金属应变片的电阻变化主要由其结构尺寸变化所致，故金
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属应变片属于结构型传感器。
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电阻应变式传感器 ② 半导体应变片的应变电阻效应 ☫ 压阻效应：指半导体材料在某一轴向受外力时，其
第3章 电阻式传感器原理及其应用
第3章 电阻式传感器原理及其应用
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
《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。
《电阻应变传感器》课件
电阻应变传感器经过适当的封装和保 护，能够在恶劣环境下稳定工作。
电阻应变传感器的缺点
对温度敏感
电阻应变传感器的电阻 值受温度影响较大，需
要进行温度补偿。
长期稳定性问题
长时间使用下，电阻应 变传感器的性能可能会 发生漂移，需要定期校
准。
低频响应较差
对于低频范围内的应变 变化，电阻应变传感器 的响应速度可能会比较
应变式压力传感器
总结词
利用电阻应变片的形变来测量压力的大小。
详细描述
应变式压力传感器通常由压力敏感元件、基座、电阻应变片和测量电路组成。当压力作 用于敏感元件时，元件发生形变，带动应变片发生形变，导致电阻值发生变化，通过测 量电路将电阻变化转换为电信号，从而实现对压力的精确测量。应变式压力传感器广泛
《电阻应变传感器》ppt课件
$number {01}
目录
• 电阻应变传感器简介 • 电阻应变传感器的类型与结构 • 电阻应变传感器的测量电路 • 电阻应变传感器的应用实例 • 电阻应变传感器的优缺点与展望
01
电阻应变传感器简介
电阻应变传感器的定义与工作原理
定义
电阻应变传感器是一种将应变转 换为电阻变化的传感器。
05
电阻应变传感器的优缺点与 展望
电阻应变传感器的优点
高灵敏度
电阻应变传感器能够检测到微小的应 变变化，因此具有很高的灵敏度。
稳定性好
电阻应变传感器易于与微电子技术相 结合，实现小型化和集成化。
线性响应
电阻应变传感器的输出与输入之间具 有良好的线性关系，使得测量结果更 为准确。
易于实现小型化和集成化
陶瓷电阻应变片
总结词
陶瓷电阻应变片具有耐高温、耐腐蚀、抗辐射等优点，适用于各种恶劣环境下的 测量。
电阻应变传感器的缺点
对温度敏感
电阻应变传感器的电阻 值受温度影响较大，需
要进行温度补偿。
长期稳定性问题
长时间使用下，电阻应 变传感器的性能可能会 发生漂移，需要定期校
准。
低频响应较差
对于低频范围内的应变 变化，电阻应变传感器 的响应速度可能会比较
应变式压力传感器
总结词
利用电阻应变片的形变来测量压力的大小。
详细描述
应变式压力传感器通常由压力敏感元件、基座、电阻应变片和测量电路组成。当压力作 用于敏感元件时，元件发生形变，带动应变片发生形变，导致电阻值发生变化，通过测 量电路将电阻变化转换为电信号，从而实现对压力的精确测量。应变式压力传感器广泛
《电阻应变传感器》ppt课件
$number {01}
目录
• 电阻应变传感器简介 • 电阻应变传感器的类型与结构 • 电阻应变传感器的测量电路 • 电阻应变传感器的应用实例 • 电阻应变传感器的优缺点与展望
01
电阻应变传感器简介
电阻应变传感器的定义与工作原理
定义
电阻应变传感器是一种将应变转 换为电阻变化的传感器。
05
电阻应变传感器的优缺点与 展望
电阻应变传感器的优点
高灵敏度
电阻应变传感器能够检测到微小的应 变变化，因此具有很高的灵敏度。
稳定性好
电阻应变传感器易于与微电子技术相 结合，实现小型化和集成化。
线性响应
电阻应变传感器的输出与输入之间具 有良好的线性关系，使得测量结果更 为准确。
易于实现小型化和集成化
陶瓷电阻应变片
总结词
陶瓷电阻应变片具有耐高温、耐腐蚀、抗辐射等优点，适用于各种恶劣环境下的 测量。
传感器与检测技术第二章电阻式传感器.ppt
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2.1 电位器式传感器
二、阶梯特性、阶梯误差、分辨率 电刷在与一匝导线接触过程中，虽有小位移，
但阻值无变化 当电刷离开这一匝，接触下一匝时，电阻突然
增加，特性曲线出现阶跃
其阶跃值即视在分辨率为
U Umax n
12
2.1 电位器式传感器
在移动过程中，会使得临近的量匝短路，电位器 总匝数从n减小到(n-1)，总阻值的变化使得在视 在分辨率之中还产生了次要分辨脉冲，即一个小 的阶跃。
U max•Umax
9
2.1 电位器式传感器
线性电位器的骨架截面此处处相等、并且由材料 均匀的导线按相等的节距绕成。对某一匝节距为 t线圈来说，电阻变化量为：
Rl2(bh)
AA
10
2.1 电位器式传感器
电阻灵敏度：
kR
R max X max
nR2(bh)
nt At
电压灵敏度：
kuU Xm ma a x xIX R m maax xI2(bA h)t
16
xmax
eby
n xmax
1 100% n
2.1 电位器式传感器
从图2-5中可见,在理想情况下，特性曲线每个 阶梯的大小完全相同,则通过每个阶梯中点的直 线即是理论直线（灵敏度），阶梯曲线围绕它 上下跳动，从而带来一定误差，这就是阶梯误
差。电位器的阶梯误差γj通常以理想阶梯特性
曲线对理论特性曲线的最大偏差值与最大输出 电压值的百分数表示，即
所示。这时,电位器(理想阶梯特性的线绕电位器)的电压分辨
率定义为:在电刷行程内,电位器输出电压阶梯的最大值与最
大输出电压Umax之比的百分数,即为：
Umax
eba
n Umax
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扩散型半导体应变片的结构 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
8
直流电桥电路
当R L 无限大时，电桥有输出电压
如果R 1 为应变片电阻，初始时应变片未受应变，电桥处于平衡状态
此时U 0 =0 电桥处于平衡条件
10
当电桥R 1 承受应变产生∆R 1 的变化时，输出电压为
21
燃油油量表电路
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电阻式传感器原理与应用
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
金属电阻应变片的结构 (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产生的相对变化为
设金属的截面半径为r,则有
5
根据材料力学理论，对于受拉压得圆杆有
14
几种电阻应变式传感器的原理示意图 (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
翼片式空气流量计的结构
16
图4.19
翼片式空气流量计电路原理
图4.20
翼片式空气流量计的工作原理
17
线性输出型 节气门位置传感器 结构与输出特性 (a)结构组成(b)输出特性
假设
略去分母中微量
则有
非线性误差的补偿方法
减少和消除非线性误差的方法，有如下几种： （1）采用差动电桥 （2）提高桥臂比 半差动电桥 在同一试件上分别粘贴两只应变片，一只 感受拉力，一只感受压力，两者符号相反， 大小相等。 半差动电桥不仅能消除非线性误差，而且 可使得电压灵敏度比使用单应变片时提高一倍， 同时还可起到温度补偿作用。
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的应变片接在相同的桥臂上，则构成全差动电桥。 采用全差动电桥的输出电压是用单应变片工作电桥灵敏度的四倍，是半 差动电桥的两倍。
13
电阻式传感器在汽车上的应用
• 汽车上的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。
线性输出型节气门位置传感器与ECU的连接
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压阻式进气压力传感器的结构
压阻式进气压力传感器的工作原理
19
加速踏板位置传感器的电路与输出特性 1—传感器可调范围；2—控制使用范围；3—全闭；4—全开
20
• 安全气囊中央碰撞传感器 • 燃油液位传感器
图4.26
Hale Waihona Puke 中央碰撞传感器图4.27
燃油液位传感器
其中：ε---所承受的应变 μ---材料的泊松比 σ---轴向应力 λ---材料的压阻系数 E---材料的弹性模量 带入原式有
6
2)半导体应变片
体型半导体应变片的结构 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的结构 1—锗膜；2—绝缘层；3—金属箔基底； 4—引线