应变片式传感器原理
应变片传感器工作原理
应变片传感器工作原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊应变片传感器的工作原理，这可真是个超级有趣的东西呢！
你想想看啊，应变片传感器就像一个神奇的小侦探，随时随地在感知着周围的变化。
它是怎么工作的呢？就好比你有个超厉害的朋友，能敏锐地察觉到你的喜怒哀乐一样。
应变片就像是这个朋友的“眼睛”和“耳朵”！
比如说，在一个大桥上，应变片传感器被安装在那里。
当大桥因为车辆行驶或者风吹等外界因素而产生微小的变形时，应变片传感器这个小机灵鬼立马就能感觉到，“哎呀，这里有变化啦！”。
然后它就会把这个信息传递出去，就像你发现了好玩的事情赶紧告诉小伙伴一样。
它的原理呢，简单来说，就是利用金属的应变效应啦！金属在受到外力作用时会发生变形，这一变形就会导致电阻的变化。
哎呀，这多神奇呀！这就好像你心情好的时候走路都带风，状态都不一样啦！应变片传感器就是通过这种方式，把物理的变化转化为电信号的变化。
你再想想，如果没有应变片传感器，那好多事情我们都没法及时知道呀！它真的是默默在背后为我们付出的小英雄呢！它在各种领域都大显身手，像
是在机械制造中监测机器的运行状态，在建筑工程中保障建筑物的安全。
哇塞，真的是超厉害的有没有！
所以说呀，应变片传感器的工作原理虽然看似复杂，但其实真的很有趣也很重要呢！它就像是我们生活中的小助手，无时无刻不在为我们服务，帮助我们更好地了解和掌控周围的世界！怎么样，现在是不是对应变片传感器的工作原理更感兴趣了呢？。
电阻应变片式传感器及应用
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，
应变片压力传感器原理与应用
应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。
而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。
一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
2、瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。
应变片式传感器原理
应变片式传感器原理应变片式传感器是一种常用于测量物体应变量的传感器。
它基于弹性元件产生的变形来测量物体的力、压力、力矩、重力等各种应变物理量。
应变片式传感器由一个金属片制成，表面有细小的金属应变计。
当力或压力作用于传感器上时，金属片会发生微小的形变，而这种形变会导致金属应变计发生电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。
1.金属片造成应变：外部力或压力作用在传感器上时，传感器材料会发生微小的变形或扭曲，这会导致传感器产生应变。
2.应变计感知应变：应变片表面的应变计是一种具有电阻性质的金属网格或导线。
应变导线的电阻值会随应变的大小而发生变化。
通常情况下，应变计是作为被测物体和传感器之间的一个技术层靠贴合在一起的。
3.测量电阻变化：应变计所在的电路通过电极连接到测量电路中。
当外部力或压力作用在传感器上时，电阻值会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。
4.数据处理：测量电路通常包括一个放大器和一个模数转换器。
放大器用来放大应变计产生的微小电压信号，模数转换器将模拟电压转换为数字信号，以便于后续处理和分析。
应变片式传感器的优点是结构简单，响应速度快，测量范围广。
它广泛应用于工程领域、自动化控制、材料测试、航天航空等领域。
在工程应用中，应变片式传感器可以用来测量桥梁、建筑物、汽车、船舶等结构材料的应变情况，以便于评估结构的稳定性和安全性。
在航空航天领域，应变片式传感器可以用来测量飞机翼上的气动力，以及航天器发射和着陆时的载荷情况。
然而，应变片式传感器也存在一些限制。
首先，金属应变计精度受到材料本身的特性和制造工艺的限制。
其次，温度变化也会对应变片式传感器的测量精度产生影响。
因为金属的热膨胀系数是有限的，当温度发生变化时，金属片会膨胀或收缩，从而影响测量结果。
因此，在应用中需要对温度进行补偿，以提高测量精度。
总之，应变片式传感器是一种重要的传感器类型，广泛应用于工程、自动化控制、材料测试和航空航天等领域。
应变片式压力传感器.pptx
一、应变片压力传感器
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片
图1 应变片压力传感器示意图
谢谢大家！专业专注源自专心《化工仪表与自动化控制》
——应变片式压力传感器
工作单位：山东轻工职业学院
主讲：石飞
一、应变片压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半 导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸） 应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输 出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力 计。
应变片式压力传感器工作原理
应变片式压力传感器工作原理应变片式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于材料力学中的应变-应力关系。
应变片式压力传感器的工作原理可以分为两个主要步骤：应变测量和压力计算。
首先，应变片感知物体受力后产生的应变。
应变片是一种特殊的电阻材料，通常由金属或半导体材料制成。
当物体受力时，应变片会发生微小的形变，从而产生应变。
应变片上的电阻值会随着应变的变化而发生相应的变化。
为了测量应变片上电阻的变化，常用的方法是采用电桥电路。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是变化的应变片电阻，其余三个电阻是固定的。
当应变片受到应变时，电桥电路中的电阻差会导致电压差的产生。
这个电压差可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。
接下来，根据应变和压力之间的线性关系，可以通过压力传感器的校准曲线来将输出电压转换为压力值。
校准曲线可以通过实验测量获得，将已知压力值与输出电压值进行对应，获得一个压力-电压的关系曲线。
当测量到的输出电压通过校准曲线转换后，就可以得到物体所受的压力值。
应变片式压力传感器的精度和灵敏度主要取决于应变片的材料和几何形状。
常用的应变片材料有金属（如钢、铜、铝）和半导体材料（如硅）。
不同的材料具有不同的力学性质，因此适用于不同范围的压力测量。
此外，应变片的形状和布局也会影响传感器的灵敏度和响应速度。
需要注意的是，应变片式压力传感器在使用过程中还需要考虑温度对其性能的影响。
由于材料的热膨胀性质，温度变化会导致应变片的形变，从而产生误差。
为了解决这个问题，常见的方法是在应变片上加热敏电阻，通过测量电阻值的变化来补偿温度的影响。
应变片式压力传感器通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于应变测量和压力计算两个步骤。
通过测量应变片上电阻的变化，并将输出电压转换为压力值，可以实现对压力的准确测量。
在实际应用中，还需要考虑材料的选择和温度补偿等因素，以提高传感器的性能和精度。
实验一--应变式传感器
实验一应变式传感器一、应变片单臂电桥性能实验〔一〕、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
〔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。
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。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
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〔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、dρ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：〔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：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式〔1—3〕代入式〔1—2〕得：〔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〕。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取〔1—5〕其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变片式压力传感器
CFBLY轮辐压力传感器就是一款应变片式压力传感器，其工作原理是运用了应变式，量程是200kg~100t之间，已经广泛应用于工业系统中力的测量和天车秤、轨道衡、料斗秤等各种称重、测力的工业自动化测量控制系统。
应变式压力传感器，从字面了解，其应变式是原理，其压力传感器是产品类型，而CFBLY轮辐压力传感器就是这样的一款传感器。
1、应变式原理
其内部基本构造一般是由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。
敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。
敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。
基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。
因此它必须作得很薄，一般为
0.03-0.06mm，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起。
2、压力传感器外形尺寸简图：
3、压力传感器主要量程型号：
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。
公司除大规模生产各种规格的高精度、高稳定性、高可靠性常规产品外,还可根据用户具体要求设计特殊的非标传感器,以满足用户的特殊要求。
如果您想进一步的了解，可以直接点击官网高灵传感进行在线了解。
《应变片传感器》课件
在桥梁和建筑物中安装应变片传感器，实时监测结构的应变变化，包括载荷、温 度、湿度等影响因素。通过数据分析，可以评估结构的健康状况，及时发现潜在 的安全隐患，并采取相应的维护措施。
机械设备的状态监测
总结词
利用应变片传感器监测机械设备的应力、应变和振动等参数，评估其运行状态和预测故障。
详细描述
下的测量。
总结词
成本低、易于加工
详细描述
陶瓷应变片的成本较低，易于加工和制造 ，可以制作出各种形状和规格的应变片。
总结词
电气性能优良
详细描述
陶瓷应变片的电气性能优良，具有高灵敏 度和低输出阻抗的特点，能够实现快速响 应和精确测量。
光纤应变片
总结词
非接触式测量、抗电磁干扰
详细描述
光纤应变片采用光纤材料，利用光的干涉和折射原理测量 应变，具有非接触式测量和抗电磁干扰的特点。
优化结构设计
通过改进和优化应变片传感器的结构 设计，提高其测量精度和稳定性，减 少环境因素和机械噪声对测量结果的 影响。
误差补偿和校准技术
采用先进的误差补偿和校准技术，对 应变片传感器的输出信号进行修正和 处理，提高测量结果的准确性和可靠 性。
降低成本与推广应用
批量生产与自动化制造
通过实现应变片传感器的批量生产和自 动化制造，降低生产成本，提高生产效 率，进一步推广应用。
04
详细描述
半导体应变片的温度系数较小，能够 在较宽的温度范围内保持稳定的性能 。
06
详细描述
半导体应变片易于与集成电路集成，可以实现 微型化和集成化，适用于各种小型化和便携式 的测量系统。
陶瓷应变片
总结词
耐高温、化学稳定性好
详细描述
加速度传感器应变片原理
加速度传感器应变片原理
在加速度传感器的原理中，应变片起到非常重要的作用。
应变片是一
种能够改变电阻值的传感器元件，其原理基于物体受到应变时，电阻值的
变化。
当物体受到加速度时，应变片也会受到一定的应变，从而导致电阻
值的变化。
应变片通常由一块薄片材料制成，该材料具有特殊的电阻特性。
应变
片与物体结合后，当物体受到应变时，应变片会发生略微的形变，从而改
变电阻值。
在加速度传感器中，应变片通常被放置在质量块、弹簧或其他感应结
构上。
当物体受到加速度时，质量块、弹簧或感应结构也会发生应变，从
而导致应变片上的电阻值发生变化。
为了检测应变片上的电阻值的变化，加速度传感器通常使用电桥电路
来测量。
电桥电路由四个电阻元件组成，其中两个是不受应变影响的电阻，另外两个是与应变片连接的电阻。
当应变片受到应变时，它会使得电桥电路中的两个与应变片连接的电
阻值发生变化。
这种变化会导致电桥电路中的电压值发生变化，通过测量
这种电压值的变化，可以获得加速度传感器的输出信号。
总的来说，加速度传感器的原理是基于物体受到加速度时所施加的力
与物体质量之比。
应变片在其中起到了关键作用，通过测量应变片上的电
阻值变化，可以间接测量加速度传感器中物体受到的加速度信息。
应变片式压力传感器测量桥路原理
应变片式压力传感器测量桥路原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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应变片式电阻传感器实验报告
应变片式电阻传感器实验报告
一、实验目的
本次实验的主要目的是通过对应变片式电阻传感器的实验研究，掌握其工作原理以及应用技术，进一步加深对电阻传感器的了解和掌握。
二、实验原理
应变片式电阻传感器是一种利用应变片电阻变化来检测物体变形的传感器。
当物体受到外力作用时，会发生应变，应变片的电阻值也会相应地发生变化。
通过利用测量电桥的原理，可以精确地检测出应变片的电阻值变化，从而得到物体受力情况的参数。
三、实验步骤
1.将应变片式电阻传感器连接到电桥电路上，调整电压和电流的大小。
2.将被测物体放在应变片式电阻传感器上，施加不同大小的外力，记录下应变片电阻值的变化。
3.根据实验数据，进行数据分析和处理，得到物体受力情况的参数。
四、实验结果
通过实验数据的采集和处理，我们得到了物体受力情况的各项参数。
实验结果表明，应变片式电阻传感器具有高灵敏度、高精度、高可靠性等优点，在物体受力测试和工业自动化控制领域有着广泛的应
用前景。
五、实验结论
本次实验通过对应变片式电阻传感器的研究和测试，我们了解了其工作原理和应用技术，掌握了其在物体受力测试和工业自动化控制领域的应用前景。
同时，我们也发现了一些问题和不足之处，需要进一步加以完善和改进。
六、实验心得
本次实验让我更加深入地了解了电阻传感器的工作原理和应用技术，同时也提高了我的实验操作能力和数据处理能力。
通过本次实验，我也发现了一些需要进一步改进和完善的地方，希望能在今后的学习和实践中继续加以改进和提高。
电阻应变片工作原理的推导
电阻应变片工作原理的推导电阻应变片是一种常见的应变传感器，它利用电阻值的变化来测量物体的应变情况。
其工作原理可以通过以下推导来说明：假设电阻应变片的初始电阻值为R0，它的长度为L，宽度为W，厚度为t，电阻片的材料为均匀的导电材料，电阻片的形状为长方形。
当外界施加一个应变时，电阻片会发生形变，导致电阻值发生变化。
为了定量描述电阻片的应变情况，可以引入应变（strain）的概念。
应变是由电阻片长度的变化引起的长度相对变化，我们用ε来表示应变。
根据胡克定律，应变和应力（stress）之间存在线性关系，可以用以下公式表示：ε = ΔL / L0其中，ΔL是电阻片长度发生的变化量，L0是电阻片的初始长度。
根据应变和应力之间的关系，可以得到应变ε和应变力σ（应力和元件的电阻值成正比）之间的关系：ε = σ / E其中，E是电阻片材料的弹性模量。
根据欧姆定律，电阻R和电阻片材料的电阻率ρ之间存在如下关系：R = ρ * (L / (W * t))其中，L是电阻片的长度，W是电阻片的宽度，t是电阻片的厚度。
将以上三个公式联立求解，可以得到应变和电阻之间的关系：σ = ε * E将ε代入可得：σ = (ΔL / L0) * E将ΔL代入可得：σ = (L / L0) * E * (R - R0) / (ρ * L / (W * t))化简可得：σ = (E * (R - R0) * (W * t)) / (ρ * L0)由于变化量ΔR = R - R0，将其代入可得：σ = (E * ΔR * (W * t)) / (ρ * L0)因此，电阻应变片材料的电阻值的变化与应变力呈线性关系。
利用这种关系，通过测量电阻值的变化，我们可以推断应变力的大小。
这就是电阻应变片的工作原理。
应变片测量原理
应变片测量原理应变片是一种常用的测量物体受力情况的传感器，其原理基于材料的应变-电阻效应。
在本文中，将详细介绍应变片测量原理。
一、应变片的定义和分类1. 应变片是一种基于材料的应变-电阻效应的传感器，通过测量材料在受力情况下所产生的形变来反映外部载荷作用下物体内部的应力情况。
2. 应变片可以分为金属薄膜型、金属箔型、半导体型等多种类型，其中金属薄膜型是最常见和广泛使用的一种。
二、金属薄膜型应变片原理1. 金属薄膜型应变片由一块金属箔片构成，其材料通常为铂-钯合金或镍铬合金等高精度合金。
在制作过程中，通过化学蚀刻或机械加工等方式将箔片切割成不同形状和尺寸，并在其表面涂覆上导电胶粘剂以增强导电性能。
2. 当外部载荷作用于被测物体时，其内部会产生相对位移和形变，导致应变片的形态和尺寸发生改变。
由于金属材料的应变-电阻效应，当应变片受到形变时，其电阻值也会随之发生变化。
3. 应变片的电阻值与其所受的应力或应变成正比关系，即当外部载荷作用增大时，其电阻值也会随之增大。
因此，通过测量应变片电阻值的变化可以反映出被测物体所受的载荷大小和方向。
三、金属薄膜型应变片测量方法1. 应变片通常需要与一定的电路连接才能实现测量功能。
在连接过程中，需要将应变片两端分别接入到一个稳定的直流电源和一个高精度电压表中，以便实现对其电阻值进行准确测量。
2. 在实际使用过程中，为了消除温度对测量结果产生的影响，通常还需要将被测物体和应变片共同置于一个温度控制器中，并保持恒定温度。
3. 当外部载荷作用于被测物体时，其内部会产生相对位移和形变。
这些形变会导致应变片所处位置上发生相应的应变，从而引起电阻值的变化。
通过测量应变片电阻值的变化，可以反映出被测物体所受的载荷大小和方向。
四、金属薄膜型应变片的优缺点1. 金属薄膜型应变片具有灵敏度高、响应速度快、精度高等优点，可以实现对物体受力情况进行高精度的测量。
2. 但是，金属薄膜型应变片也存在一些缺点，如易受温度和湿度等环境因素影响、使用寿命短等问题。
传感器与检测技术第2章-1_应变式传感器
E 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
EK 4
1
2
3
4
当仅桥臂AB单臂工作时，理想输出电压为
Ug E R E K
4R 4
44
电桥分类
B R1=R
A
Ug
R2=R C
R3=R’ R4=R’
E
D
第一对称电桥
2、第一对称电桥
若电桥桥臂两两相等，即R1 =R2=R ， R3=R4=R′ ， 则 称
16
2.1数 （二）横向效应 （三）动态特性
17
应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下， 于室温下测得的电阻值
• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压， 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大
18
25
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，
粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系
数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为
R R
1
t t
26
由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当
Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为
2t g s t
βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。
金属箔式应变片
13
金属薄膜应变片
• 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层，易实现工业化批量生产
• 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范 围广，易实现工业化生产
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
15
应变片的工作原理
应变片的工作原理
应变片是一种测量物体表面应力的传感器。
其工作原理基于应变片材料对外力的敏感性。
具体工作原理如下：
1. 应变片通常由金属材料制成，如金属薄膜或细丝。
当物体受到外力作用时，它会产生形变，导致应变片发生弯曲或拉伸。
2. 应变片的形变会导致其内部的电阻值发生变化。
这是因为金属的电阻与其几何形状和尺寸有关，而形变会改变金属的形状和尺寸。
3. 应变片的电阻值变化可以通过电路测量出来，通常使用桥式电路进行测量。
桥路电路由多个电阻组成，其中一个电阻是应变片。
当外力引起应变片发生形变时，桥路电路中的电阻差值会改变，从而引起电压信号的变化。
4. 测量电压信号的变化，可以通过放大、滤波等处理方法得到与物体上的应力值相关的输出信号。
综上所述，应变片的工作原理是通过测量金属材料的电阻值变化来间接测量物体受到的应力大小。
由于金属材料对应力的敏感性较高，应变片通常具有较高的精度和灵敏度，广泛应用于工程、材料测试、机械设计等领域。
应变片式加速度传感器设计
应变片式加速度传感器设计1.设计原理2.结构设计传感器的主要结构包括应变片、桥路电路和信号处理电路。
2.1应变片应变片是传感器的关键部件，通常采用金属材料或半导体材料制成。
当物体受到加速度的作用时，应变片会发生形变，形变的大小与加速度呈正比。
应变片上的应变电阻会随着形变发生变化，从而产生电阻值的变化。
2.2桥路电路为了能够测量应变片上电阻值的变化，需要构建一个桥路电路。
常见的是通过四个电阻构成的Wheatstone桥路。
其中两个电阻为应变片上的电阻，另外两个电阻为参考电阻。
当应变片发生形变，引起电阻值的变化时，桥路电路会输出一个电压信号。
2.3信号处理电路传感器的信号处理电路用于将桥路电路输出的电压信号转换为对应的加速度值。
常见的信号处理电路包括放大电路、滤波电路和模数转换电路。
放大电路用于放大传感器输出的微弱电压信号，滤波电路用于滤除高频杂波，模数转换电路将模拟电压信号转换为数字信号。
3.应用3.1工业控制在工业控制中，可以使用应变片式加速度传感器测量震动、振动和冲击等物理量，从而监测设备和机械的状态，提前预警并进行故障诊断。
3.2车辆安全在汽车、火车等交通工具中，应变片式加速度传感器可以用于检测车辆发生的碰撞、刹车、加速等事件，从而触发安全气囊、防滚系统等被动安全装置的工作。
3.3航空航天在航空航天领域，应变片式加速度传感器可以用于测量飞机、火箭等飞行器所受到的加速度变化，从而检测飞行器的动态行为和状态。
总结：应变片式加速度传感器基于应变电阻效应，通过测量电阻值的变化，实现对物体加速度的测量。
传感器结构包括应变片、桥路电路和信号处理电路。
应变片式加速度传感器在工业控制、车辆安全、航空航天等领域有广泛的应用。
应变片式传感器工作原理及特性
应变⽚式传感器⼯作原理及特性1、电阻应变⽚⼯作原理电阻应变⽚的⼯作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界⼒的作⽤下产⽣机械变形时，其电阻值相应发⽣变化，这种现象称为“应变效应”。
2、应变⽚的种类、材料及粘贴⾦属电阻应变⽚的种类有丝式和箔式两种。
1）丝式：直径0．01～0．05mm，材料为胶膜、纸、玻璃纤维布等。
图1 ⾦属电阻应变⽚的结构2）箔式应变⽚：直径0．003~0．01mm原理：它是利⽤照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变⽚；优点：1）敏感栅尺⼨准确，线条均匀；2）其弯头横向效应可以忽略；3）可通过较⼤的电流；4）散热性好，寿命长；5）⽣产效率⾼；3、电阻应变⽚的特性（⼀）电阻应变⽚主要特性：1）灵敏系数2）横向效应3）机械滞后，零漂及蠕变4）温度效应5）应变极限、疲劳寿命6）动态响应特性（⼆）应变⽚的温度误差及补偿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。
1）电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可⽤下式表⽰：Rt=R0（1+α0Δt） ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
试件与电阻丝线膨胀系数不同时，产⽣附加电阻变化。
由于温度变化⽽引起的应变⽚总电阻相对变化量为：可知，因环境温度变化⽽引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变⽚⾃⾝的性能参数（K0, α0, βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。
通常温度误差补偿⽅法有两类：1）线路补偿法完全补偿：①R3=R4;②R1和RB相同;③粘贴材料⼀样;④同⼀温度场2）应变⽚的⾃补偿法则被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料,则达到温度⾃补偿的⽬的。
（三）应变⽚式电阻传感器的测量电路直流电桥直流电桥平衡条件直流电桥电压灵敏度电桥的⾮线性误差直流电桥平衡条件：交流电桥交流电桥的平衡条件交流应变电桥的输出特性及平衡调节直流电桥输出电压很⼩，须放⼤但直流放⼤器易于产⽣零漂。
金属应变片的工作原理
金属应变片的工作原理1. 介绍金属应变片（Strain gauge）是一种广泛应用于测量和控制系统中的传感器。
它是一种用于测量物体的应变（strain）的装置，通过对材料的应变进行测量，可以推断物体所受的力和压力等信息。
金属应变片的工作原理基于金属电阻的变化规律，一般由金属薄膜制成，具有较高的精度和稳定性。
本文将详细介绍金属应变片的工作原理，包括应变测量的原理、电阻变化的原因以及应变片的结构和测量方法等内容。
2. 应变测量的原理应变是指物体在受到力或压力作用下产生的形变。
在应变测量中，我们通常关注的是线性弹性区域内的应变，即当外加力作用消失后物体恢复到原始状态的能力。
金属应变片利用了金属材料在弹性变形时电阻值的变化，来测量物体的应变。
略微拉伸、压缩或弯曲一个金属应变片的时候，金属应变片上的金属材料会产生微小的弹性变形。
这个微小的变形会引起金属电阻发生变化，因为金属电阻与金属材料的长度、横截面积和电阻率等因素相关。
当金属应变片受到应变时，金属电阻发生变化，通过测量电阻的变化就可以推断出物体所受的力或压力。
3. 电阻变化的原因金属应变片的电阻变化主要有两个原因：几何效应和电阻率效应。
3.1 几何效应当金属应变片受到应变时，其几何形状会发生微小变化。
具体来说，如果金属应变片被拉伸，它的长度会增加，横截面积会减小；如果金属应变片被压缩，它的长度会减小，横截面积会增大。
这种几何变化会导致金属电阻产生相应的变化。
在拉伸应变的情况下，金属应变片的长度增加，横截面积减小。
假设金属应变片本身的电阻为R0，长度增加的比例为ε（即应变），横截面积减小的比例为2ε（即纵向收缩），则金属应变片的电阻变化△R可以用下式表示：△R/R0 = G *ε其中，G是知名的应变灵敏度，其大小会根据金属应变片的材料和结构而有所不同。
当金属应变片受到压缩应变时，上述关系式中的ε和2ε分别改为负值，但计算方法仍然相同。
3.2 电阻率效应除了几何效应外，金属应变片的电阻也会受到电阻率的变化影响。
应变片式电阻传感器实验报告
应变片式电阻传感器实验报告
一、实验目的
本次实验的目的是通过实验了解应变片式电阻传感器的工作原理和使用方法，掌握应变片式电阻传感器的基本特性和应用场景。
二、实验原理
应变片式电阻传感器是一种基于电阻变化的传感器，其工作原理是利用应变片的应变变化引起电阻值的变化，从而实现对应变片所受应变的测量。
应变片式电阻传感器的特点是精度高、响应速度快、可靠性好、使用寿命长等。
三、实验步骤
1.将应变片式电阻传感器连接到电路板上，并连接电源和万用表。
2.通过手动施加外力，使应变片受到应变，记录下此时的电阻值。
3.重复以上步骤，记录不同应变下的电阻值。
4.根据实验数据，绘制应变-电阻曲线图。
四、实验结果
通过实验，我们得到了应变-电阻曲线图，可以看出应变片式电阻传
感器的电阻值随着应变的增加而增加，呈现出线性关系。
同时，我们还发现应变片式电阻传感器的响应速度很快，精度高，可以满足很多实际应用场景的需求。
五、实验结论
应变片式电阻传感器是一种精度高、响应速度快、可靠性好、使用寿命长的传感器，可以广泛应用于工业自动化、机器人控制、航空航天等领域。
通过本次实验，我们深入了解了应变片式电阻传感器的工作原理和特性，为今后的实际应用提供了基础。
六、实验心得
通过本次实验，我深刻认识到了应变片式电阻传感器的重要性和应用价值，同时也掌握了应变片式电阻传感器的基本使用方法和实验技巧。
在今后的学习和工作中，我将更加注重实践操作，不断提高自己的实验能力和技术水平。
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K为金属应变片的灵敏系数。注意，K是在试件受一维应力作用， 应变片的轴向与主应力方向一致，且试件材料的泊松比为0.285的 钢材时测得的。测量结果表明，应变片的灵敏系数 恒小于线材 应变片的灵敏系数K恒小于线材 应变片的灵敏系数 的灵敏系数K 原因：胶层传递变形失真， 的灵敏系数 S。原因：胶层传递变形失真，横向效应也是一个不 可忽视的因素。 可忽视的因素。
R
原理： 原理 ： 金属导体或半导体在受到外 力作用时， 会产生相应的应变， 力作用时 ， 会产生相应的应变 ， 其 电阻也将随之发生变化。 电阻也将随之发生变化。
电阻： 电阻：大—>小 >
?
因为： 因为：金属导体或半导体的 电阻与其电阻率及几何尺 长度、 面积） 有关， 寸 （ 长度 、 面积 ） 有关 ， DC 当其受到外力作用时， 当其受到外力作用时 ， 这 6V 些参数发生变化， 些参数发生变化 ， 因而引 起其的电阻的变化， 起其的电阻的变化 ， 进而 + 引起电流的变化。 引起电流的变化。
测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试 使用两个应变片， 使用两个应变片 件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被 件的表面 另一片贴在与被 测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变 测试件材料相同的补偿块上 片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生 变形。由于R1 与R2 接入电桥相邻臂上，造成∆R1t 与 ∆R2t 相同，根据电桥理论可知，其输出电压USC 与温 度无关。当工作应变片感受应变时，电桥将产生相应 输出电压。
第2-2章 应变片式传感器
金属丝式应变片. 金属丝式应变片 1)、应变效应 、 2)、应变片的基本结构 、 3)、应变片的主要特性 、应变片的主要特性 4)、温度误差与补偿不可忽略 、 金属箔式应变片. 金属箔式应变片 测量电路：电桥原理. 测量电路：电桥原理 应用
一、 金属应变片式传感器
金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它 可将试件上的应变变化转换成电阻变化。 优点： 精度高 精度高， 优点： ①精度高，测量范围广 ②频率响应特性较好 频率响应特性较好 ③结构简单，尺寸小，重量轻 结构简单， 结构简单 尺寸小， 可在高(低)温 高速、高压、强烈振动、 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强 磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作 易于实现小型化、 ⑤易于实现小型化、固态化 价格低廉，品种多样， ⑥价格低廉，品种多样，便于选择 缺点： 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。
F
截面积S -ε2 +ε1 F a）
F
面积S
+ε2 -ε1
εα =
ε1
2
[(1 − µ ) + (1 + µ ) cos 2α ]
b） 柱式力传感器
θ
dl
dθ
丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分
（3） 机械滞后 应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时， 应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与 卸载特性不重合，即为机械滞后。 卸载特性不重合，即为机械滞后。 产生原因：应变片在承受机械应变后，其内部会产生残余变 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，如果敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。 机械滞后值还与应变片所承 指 受的应变量有关，加载时的机械 示 应变愈大，卸载时的滞后也愈大。应 变 所以，通常在实验之前应将试件 ε i 预先加、卸载若干次，以减少因 机械滞后所产生的实验误差。
±10% 指 示 应 变 εi
1
主要因素：粘结剂和基底材 料传递变形的性能及应变片 的安装质量。制造与安装应 变片时，应选用抗剪强度较 高的粘结剂和基底材料。基 底和粘结剂的厚度不宜过大， 并应经过适当的固化处理， 才能获得较高的应变极限。
εlim
真实应变εz
应变片的应变极限
（6） 动态特性 当被测应变值随时间变化的频率很高时，需考虑 应变片的动态特性。因应变片基底和粘贴胶层很薄， 构件的应变波传到应变片的时间很短(估计约0.2µs)， 故只需考虑应变沿应变片轴向传播时的动态响应。 设一频率为 f 的正弦应变波在构件中以速度 v 沿 应变片栅长方向传播，在某一瞬时 t，应变量沿构件 分布如图所示。
卸载 ∆ε
加载 ∆ε1
机械应变ε 应变片的机械滞后
（4） 零点漂移和蠕变 对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时， 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， 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 产生原因 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， 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。 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 产生原因：由于胶层之间发生“滑动 产生原因 ”，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。
ε ε1
应变片
ε0 l x1 λ
x
应变片对应变波的动态响应
4、 温度误差及其补偿 、
（1） 温度误差 ） 用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变 化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温 度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起 的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量 级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又 称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素： 应变片的电阻丝(敏感栅 具有一定温度系数； 敏感栅)具有一定温度系数 应变片的电阻丝 敏感栅 具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
柱力式传感器 梁力式传感器 应变式压力传感器 应变式加速度传感器
1、柱力式传感器 圆柱式力传感器的弹性元件分为实心和空心两种。 在轴向布置一个或几个应变片，在圆 周方向布置同样数目的应变片，后者 取符号相反的横向应变，从而构成了 差动对。由于应变片沿圆周方向分布 ，所以非轴向载荷分量被补偿，在与 轴线任意夹角的α方向，其应变为 ：
（5）应变极限 在一定温度下，应变片的指示应变对测试值的真实应变 应变片的指示应变对测试值的真实应变 的相对误差不超过规定范围（一般为10%）时的最大真 的相对误差不超过规定范围（一般为 ） 实应变值。 实应变值。在图中，真实应变是由于工作温度变化或承 受机械载荷，在被测试件内产生应力(包括机械应力和 热应力)时所引起的表面应变。
电桥补偿法
如图，电桥输出电压与桥臂参数的关系为
U SC = A(R1R4 − R2 R3 )
式中 A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。
R2 USC R3 E R4
R1
桥路补偿法
由上式可知，当R3、R4 为常数时，Rl和R2对输出 电压的作用方向相反。利 用这个基本特性可实现对 温度的补偿，并且补偿效 果较好，这是最常用的补 偿方法之一。
（三） 测量电路
应变片将应变的变化转换成电阻相对变化∆R/R，要 把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表 进行测量。电阻应变片的测量线路多采用交流电桥(配交流 放大器)，其原理和直流电桥相似。直流电桥比较简单，因 此首先分析直流电桥，如图所示。当电源E为电势源，其 内阻为零时，可求出检流计中流过的电流Ig 与电桥各参数 之间的关系为
（2） 横向效应
金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅， 测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化， 其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化 (除了ε起作用外)，应变片的这种既受轴向应变影响， 又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效 应。 图为 应变片敏感栅半 圆弧部分的形状。沿 轴向应变为ε，沿横向 应变为εr 。
主要特性
灵敏度系数. 灵敏度系数
物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化. 物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化
横向效应 机械滞后. 机械滞后 零点漂移和蠕变. 零点漂移和蠕变 应变极限. 应变极限 动态响应特性. 动态响应特性
（1） 灵敏度系数 ）
金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有 线性关系，用灵敏度系数KS表示。当金属丝做成应变片 后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。因此， 须用实验方法对应变片的电阻—应变特性重新测定。实 验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变 在很宽的 金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的 金属应变片的电阻相对变化与应变 范围内均为线性关系。 范围内均为线性关系。即 ∆ R ∆R = K ε K = ε R R
施加力F 施加力F
R K接通时
大 电流: 电流: 小
+
K
A
+
安培表变化
安培表指示
实验一
应变片的基本结构
引线--连接测量导线之用 引线--连接测量导线之用 -盖层