第5章 电阻应变式传感器
《电阻应变式传感器》课件
1
电阻应变效应简介
深入了解电阻应变效应的基本原理和工作机制。
2
变形与电阻变化的关系
解释传感器受力变形时导致电阻变化的关系。
3
应变片的材料和制作工艺
探索应变片所使用的材料和制作工艺，以及其对传感器性能的影响。
电路设计
桥式电路的原理
了解桥式电路在电阻应变式传感 器中的作用和原理。
电阻应变式传感器的电路 设计要点
常见故障及排除方法
提供常见故障和ห้องสมุดไป่ตู้题的排除方法，确保传感器 的正常运行。
结论
1 优缺点和特点
总结电阻应变式传感器的优缺点和特点，了解其适用性和局限性。
2 市场前景和研究方向
展望电阻应变式传感器在未来的市场前景和可能的研究方向。
《电阻应变式传感器》 PPT课件
这是一份关于电阻应变式传感器的课件，将介绍该传感器的概述、原理、电 路设计和应用实例，帮助您理解其优缺点和市场前景。
传感器的概述
电阻应变式传感器
了解什么是电阻应变式传感器以及其在不同领 域的应用。
传感器的类型和特点
探索不同类型的传感器及其独特的特点和优势。
电阻应变式原理
探索设计电路时需要注意的关键 要点。
信号放大与滤波电路的设计
讲解信号放大和滤波电路在传感 器中的设计原则。
应用实例
1
工业自动化控制
展示电阻应变式传感器在工业领域中实
航空航天、汽车和建筑
2
际应用的案例。
探索电阻应变式传感器在航空航天、汽 车和建筑等领域的广泛应用。
维护与保养
维护周期和方法
讲解电阻应变式传感器的维护周期和适当的维 护方法。
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
电阻应变式传感器是一种常用的传感器，它可以将物体的应变转化为电阻的变化，从而实现对物体应变的测量。
其工作原理主要是利用电阻在受力作用下产生的应变效应，通过测量电阻值的变化来确定物体的应变情况。
首先，我们来了解一下电阻应变式传感器的基本结构。
它由电阻应变片、支撑件、固定件、连接线等部分组成。
其中，电阻应变片是传感器的核心部件，它通常由金属材料制成，具有一定的弹性。
当外力作用于物体表面时，电阻应变片会发生形变，从而导致其电阻值发生变化。
这种变化可以通过连接线传输到测量仪器中进行检测和分析。
其次，我们来看一下电阻应变式传感器的工作原理。
当外力作用于物体表面时，物体会产生应变，即单位长度内的形变量。
电阻应变片固定在物体表面上，随着物体的应变而产生相应的形变，从而使得电阻值发生变化。
这种变化可以通过连接线传输到测量仪器中，并经过放大、滤波等处理后，最终得到物体的应变情况。
在实际应用中，电阻应变式传感器通常被安装在需要测量应变的物体表面上。
当物体受到外力作用时，电阻应变片会产生相应的应变，从而使得电阻值发生变化。
通过测量仪器对电阻值的变化进行监测和分析，就可以得到物体的应变情况。
这种测量方法简单、灵敏，可以广泛应用于工程、科研等领域。
总的来说，电阻应变式传感器的工作原理是利用电阻在受力作用下产生的应变
效应，通过测量电阻值的变化来确定物体的应变情况。
它具有结构简单、测量精度高、响应速度快等优点，因此在工程、科研等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对电阻应变式传感器有更深入的了解。
2.1 电阻应变式传感器
r r0
(a) 拉伸
(b) 压缩
绝对伸长 Δl 0
绝对压缩 Δl 0
Δr 0
Δr 0
传感器及检测技术
轴向应变 径向应变 泊松系数
y
Δl F l0 AE E
x
r r0 Δr F r0 r0 AE
y x
反映物质形变程度， 反映物质弹性特征（0.2 ~ 0.4）， E是材料的弹性模量. E钢=2.0*1011N/m2 E铝=0.7*1011N/m2
在AB，BC两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。
4
3
U
BD
E R1 4 R1
R R
3
3
EK 4
1 2
对臂测量
传感器及检测技术
在AB，CD两个臂上接工作片，BC，DA接温度补偿 片。四个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。
传感器及检测技术
电阻相对变化量为：
l
dR dL d dA R L A
2r 2(r-dr)
F 若电阻丝是圆形的， 则A=πr ²,对r 微分 得dA=2πr dr，则： l+ dl
金属丝的应变效应
dA 2rdr dr 2 2 A r r
传感器及检测技术
令
dL y — —金属的轴向应变 L dr x — —金属的径向应变 r
E R1 R2 R3 R4 EK U DB （ ） U DB 4 1 2 3 4 4 R1 R2 R3 R4
读
1
2
3
4
式中： 1、 2、 3、 4分别代表四个应变片所感受的应变值，
电阻应变式传感器实验报告
电阻应变式传感器实验报告
实验目的：
1. 了解电阻应变式传感器的工作原理
2. 掌握使用电阻应变式传感器进行力的测量的方法
3. 学习利用电阻应变式传感器测量应变和转换为电信号的过程
实验器材：
1. 电阻应变式传感器
2. 力传感器
3. 电源
4. 模数转换器
5. 电压计
实验步骤：
1. 搭建实验电路，将电源与电阻应变式传感器、模数转换器和电压计连接起来。
2. 将电阻应变式传感器安装在测量目标上，如测量弹簧的伸缩变化。
3. 通过调整电源的电压，使电阻应变式传感器的输出电压适合模数转换器的输入范围。
4. 通过读取电压计上的电压数值，记录下电阻应变式传感器输出的电压。
5. 通过改变测量目标的力大小，观察电阻应变式传感器输出电压的变化。
实验结果：
1. 根据实验数据计算出电阻应变式传感器的灵敏度。
2. 绘制出电阻应变式传感器输出电压与力大小的关系曲线。
3. 根据曲线上的数据点，计算出力与电阻应变式传感器输出电压之间的线性关系。
实验分析：
1. 分析电阻应变式传感器的工作原理，解释实验结果。
2. 探讨电阻应变式传感器的优缺点，以及其在实际应用中的使用场景。
结论：
通过实验，我们成功地使用电阻应变式传感器进行了力的测量，并了解了电阻应变式传感器的工作原理和应用。
我们还计算了电阻应变式传感器的灵敏度，并绘制了力和电压之间的关系曲线。
实验结果表明，电阻应变式传感器在测量力方面具有较高的精度和稳定性，适用于各种应用领域。
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电阻应变式传感器是一种常用的传感器，它可以将被测物体的应变变化转化为电阻值的变化，从而实现对被测物体应变的测量。
其工作原理主要包括应变测量原理和电阻变化原理两个方面。
首先，我们来看看电阻应变式传感器的应变测量原理。
当外力作用于被测物体时，物体会产生应变，即单位长度或单位面积上的形变。
而电阻应变式传感器的测量原理就是利用被测物体在受力作用下产生的微小应变，使其表面上的电阻值发生相应的变化。
这种应变导致了电阻值的变化，进而实现了对应变的测量。
其次，电阻应变式传感器的电阻变化原理也是其工作原理的重要部分。
在电阻应变式传感器中，通常会使用一种特殊的材料制成弹性应变片，当被测物体产生应变时，这些应变片也会受到影响而发生微小的形变。
这种形变会导致应变片上的电阻值产生相应的变化，从而实现了对应变的测量。
总的来说，电阻应变式传感器的工作原理是利用被测物体在受力作用下产生的微小应变，使其表面上的电阻值发生相应的变化，从而实现了对应变的测量。
通过测量电阻值的变化，我们可以准确地了解被测物体所受到的应变情况，为工程实践和科学研究提供了重要的数据支持。
除此之外，电阻应变式传感器还具有灵敏度高、响应速度快、可靠性高等优点，因此在工业自动化控制、航空航天、汽车工业、建筑工程等领域得到了广泛的应用。
它不仅可以用于测量金属、非金属材料的应变，还可以用于测量温度、压力等物理量，因此在工程领域具有重要的地位和作用。
综上所述，电阻应变式传感器的工作原理是基于应变测量原理和电阻变化原理，通过对被测物体产生的微小应变和电阻值的变化进行测量，从而实现了对应变的准确测量。
它在工业领域有着广泛的应用前景，对于提高生产效率、保障产品质量具有重要的意义。
电阻应变式传感器的原理
电阻应变式传感器的原理电阻应变式传感器是一种常用的力量和力测量传感器，工作原理是基于材料的电阻变化与应变的线性关系。
当外力作用于电阻应变式传感器时，材料会发生应变，导致电阻值的变化。
通过测量电阻的变化量，可以间接获得外力的大小。
电阻应变式传感器通常由弹性体材料制成，如金属。
它的结构包括一个弹性体材料的梁或片状结构，上面固定有电阻应变片。
在正常情况下，电阻应变片是静止的，电阻值保持不变。
当外力作用于弹性体材料时，它会发生形变，导致电阻应变片的尺寸和形状发生变化，从而改变了电阻值。
电阻应变式传感器的电阻变化原理是基于电阻材料的几何形状改变和电阻率的变化。
当外力作用于电阻应变片时，它的长度、宽度和厚度等尺寸会发生微小的变化，导致电阻值的变化。
这是因为电阻应变片作为一个弹性体，其几何形状和尺寸改变会导致电阻率的变化。
电阻率是电阻与材料的几何形状和材料特性有关，当这些参数发生变化时，电阻率也会发生变化。
在电阻应变式传感器中，电阻率的变化主要是由于应变引起的。
应变是弹性体材料在受力下发生的形变。
它可以是拉伸应变、压缩应变或剪切应变。
不同的应变类型对应不同的电阻变化。
例如，当传感器受到拉伸应变时，电阻应变片的长度会增加，宽度和厚度会减小，导致电阻值的增加。
相反，当传感器受到压缩应变时，电阻应变片的长度会减小，宽度和厚度会增加，导致电阻值的减小。
为了测量电阻的变化，电阻应变式传感器通常采用电桥电路。
当传感器的电阻值发生变化时，电桥电路会产生电压输出。
这个输出信号可以被放大和处理，最终转换为可用的电信号，如电压或电流。
通过测量输出信号的大小，可以获取外力的大小，从而实现对力量和力的测量。
电阻应变式传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高等优点，广泛应用于工业自动化、结构健康监测、航空航天等领域。
在实际应用中，需要根据具体的测量要求选择合适的电阻应变式传感器，包括合适的材料、结构和测量范围等。
此外，还需要考虑温度对电阻值的影响，以及传感器的防护和保护措施，以确保测量的准确性和可靠性。
电阻式传感器
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金属应变片受轴向力作用时， 其灵敏系数为
K12d/12
R
半导体应变片的电阻率相对变化量与半导体敏感元件在 轴向所受的应变力有关，其关系为
dE
式中： π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量;
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而 对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率
会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十 倍。
在材料力学中， =/l称为电阻丝的轴向应变，也称纵 向应变，是量纲为1的数。 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110-6或
U g Ig R g R 1 R 2 R 3 R 4 E R 1 g R [ 1 R R 1 4 R 2 R R 2 3 R 3 R 4 R 3 R 4 R 1 R 2 ]
当R1R4=R2R3时，Ig=0，Ug=0，即电桥处于平衡状态。 若电桥的负载电阻Rg为无穷大，则B、D两点可视为开 路，上式可以化简为
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4.焊接： 将引线和端 子用烙铁焊 接起来，注 意不要把端 子扯断。
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5.固定： 焊接后用胶布 将引线和被测 对象固定在一 起，防止损坏 引线和应变片。
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3、应变片的温度误差及补偿
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 因素有下述两个方面。
此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点 是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件 下201，9/11温/3 度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点。27
电阻应变式传感器
U
o
2 ）对称电桥
对于电源左右两边对称，例如 产生纵向应变 ， 产生横向应 R2 R1 变 ， 、 为固定电阻。因此得：
r
R3
R4
U
U 4
R3
o
若
R1
和
o
均是产生纵向应变的应变片，
k
KU U
o
k (1 )
KU
U
o
U 4
R4
k (1 )
R2
和
是固定电阻，则
• 金属电阻应变片常用的三种。
金属电阻应变片
– 丝式:常用高电阻率的金属电阻丝制成，允许最大工作电流较小。 – 箔式:通过光刻、腐蚀等工序制成的一种很薄的金属箔栅，允许最 大工作电流较大，灵敏度高。 – 薄膜式:是采用真空蒸镀技术在薄的绝缘基片上蒸镀上金属电阻材 料薄膜，允许最大工作电流较大，灵敏度较高。
(1 2 ) k R
k • 式中， 1 2 称为应变灵敏度系数。由于大多数金属材料的 0.3 ~ 0.5 之间，所以 k 在1.6~2.0之间。 • 金属电阻应变片具有分辨率高，非线性误差小；温漂系数小；测量范 围大，可从弹性变形一直测至塑性变形（1％～2％），可超载达20％； 既能测量静态应变，又能测量动态应变；价格低廉，品种繁多，便于 选择和大量使用等优点，因此在各行各业都广泛应用。
U
o
U 2
k (1 )
2U
o2
2 40
2U
o
kU (1 )
kU (1 )
2 10 (1 0 . 5 )
2666 10
应变式电阻传感器的工作原理
应变式电阻传感器的工作原理引言应变式电阻传感器是一种常用的传感器，广泛应用于工程领域。
其工作原理是利用材料的应变特性来测量所受力的大小。
本文将详细介绍应变式电阻传感器的工作原理以及其在实际应用中的一些特点。
一、工作原理应变式电阻传感器是通过在感应材料中引入电阻应变来测量外力的。
当受力作用于材料时，材料会发生应变，即长度或形状发生变化。
这种应变会导致材料的电阻发生变化，进而改变电路中的电流和电压。
具体来说，应变式电阻传感器通常由一条细长的金属电阻丝或薄膜组成，该电阻丝或薄膜被粘合在一个弹性体基座上。
当外力作用于传感器时，弹性体基座会发生形变，从而使电阻丝或薄膜发生拉伸或压缩。
这些形变会导致电阻丝或薄膜的电阻值发生变化。
二、工作特点1. 高精度：应变式电阻传感器具有较高的测量精度，可达到微米级别。
这使得它在许多精密测量领域得到广泛应用，如机械工程、材料科学等。
2. 宽测量范围：应变式电阻传感器的测量范围较宽，可以覆盖从微小变形到大变形的范围。
这使得它适用于各种不同应变程度的测量需求。
3. 快速响应：应变式电阻传感器具有快速的响应速度，可以实时地测量外力的变化。
这使得它在需要实时监测的应用中非常有用，如结构健康监测、力学测试等。
4. 抗干扰性强：应变式电阻传感器对外界干扰具有一定的抗干扰性能。
它的结构设计使其能够有效屏蔽外界电磁干扰，提高测量的准确性。
5. 结构简单：应变式电阻传感器的结构相对简单，制造成本较低。
这使得它成为一种经济实用的传感器。
三、应用领域应变式电阻传感器在工程领域有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1. 结构健康监测：应变式电阻传感器可以用于监测建筑物、桥梁、飞机等结构体的应变情况，及时发现并修复潜在的结构问题。
2. 材料力学测试：应变式电阻传感器可以用于测量材料的力学性能，如材料的强度、刚度等参数。
3. 汽车工程：应变式电阻传感器可以用于测量汽车零部件的应变情况，如发动机支架、悬挂系统等。
传感器题库及答案
第一章检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有、、组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。
4、下面公式是计算传感器的。
5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。
二、选择题：12A3、?PA0.54A3倍5A微差式678A9A三、123、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（）4、灵敏度其实就是放大倍数（）5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（）6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（）7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（）四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
答：指传感器的静态输入、输出特性。
有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
2、产生随机误差的原因是什么，如何减小随机误差对测量结果的影响。
答：是测量中独立的、微小的、偶然的因素引起的结果。
既不能用实验的方法消除，也不能修正。
可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的方法进行数据结果处理，服从正态分布。
3、系统误差分几类，怎样减小系统误差。
答：分为恒值误差，例如刻度盘分度差错。
变值误差，环境温度的影响、零点漂移等。
系统误差有规律。
可以通过实验的方法引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以剔除。
4、如何判断系统中存在粗大误差。
答：粗大误差是测量人员的粗心大意及电子测量仪器收到突然强大的干扰所引起的，粗大误差明显超过正常条件下的误差。
五、分析与计算题1、有一温度计，它的测量范围为0—2000C，精度为0.5级，求1）该表可能出现的最大绝对误差。
2）当示值分别为200C、1000C的示值相对误差。
2、预测123、围为04电桥5、12.03mV、6012.15mV、31234123、4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。
5、应变测量电桥的三种接法是、、。
输出电压分别为、、。
电气测试技术第五章
应变片
直流电桥的工作原理 输出 U 0 U ab U ad
R1 R3 R2 R4 UI ( R1 R2 )(R3 R4 )
平衡条件： R R R R 1 3 2 4 工作时，各桥臂阻值变化，则输出电压U0 0 定义电桥的灵敏度为：
U0 SB R0 / R0
实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电 桥的最大灵敏度，通常R1=R2=R3=R4=R0,即为等臂电桥.
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。 体型：利用半导体材料的体 电阻制成。 扩散型：在半导体材料的基 片上利用集成电路工艺制成 扩散型电阻。 由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此 它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有 关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力时， 其电阻的变化方式不同)。
2)桥路补偿法——电桥的和差特性
全桥自动补偿；半桥邻臂
3)热敏电阻补偿法——热敏电阻适当分压
3、应变片的布置和接桥方式
利用适当的布片和组桥方式消除温度变化和复合载 荷作用的影响，获得最大的输出灵敏度。 1）应变片应布置在弹性元件产生应变最大的位置，并 沿主应力方向贴片；贴片处的应变尽量与外载荷呈线 性关系（避开非线性区），同时应注意使该处不受非 待测载荷的干扰影响。 2）根据电桥的和差特性，选择适当的接桥方式，可以 使输出的灵敏度最大，同时又能排除非待测载荷的影 响并进行温度补偿。
R1 R1 R1 , R2 R2 R2
1 R0 Uo UI 2 R0
全桥接法:
R1 R1 R1 , R2 R2 R2， R3 R3 R3 , R4 R4 R4
R0 Uo UI R0
电桥的工作特性:
1）不同的接桥方式具有不同的电桥灵敏度，尽量采 用半桥双臂或全桥方式。
传感器第5章+电阻应变式传感器
To 4.1.2
5.1.3 电阻——应变特性
由物理学可知，一根金属丝的电阻为：
R L
F
式中：R－金属丝的电阻；ρ－金属丝的电阻率；L－长度
F－截面积，
F r2
取一段金属丝如下图示，当金属丝受拉力F时，其L、F、ρ和R 的变化分别为dL、dF、d ρ和dR。
代入（5 - 23），电桥输出电压
U0
1U 2
R R
双臂电桥灵敏度相对单臂 电桥提高一倍，且不存在 非线性误差，还可起到温 度补偿的T作o 4.1.用7 。
3) 全桥
工作时，4个臂接入应变片，且变化相同者接相对两臂 R1 R1 R1, R2 R2 R 2 , R3 R3 R 3, R4 R4 R 4 ,
为满足上述平衡条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用 电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻，而另外两臂接入相 同性质的阻抗，如都是电容或者都是电感。
R1
R2
C1
C3
R4
R3
交流电桥的预调节平衡： 一般既有电阻预调平衡，也有电容预调平衡
5.4.2 电阻应变仪
作用：将电桥输出信号放大，以便于显示和记录。 特点：灵敏度高、稳定性好、测量简便准确、可作多点远距离测量，
Rt Rt Rt R0t R0K (试 丝)t
总的附加应变
t
Rt / R0 K
t
K
(试
丝)t
因此，由于温度变化引起附加电阻变化造成了虚假应变，从而给测量 带来误差。这个误差除与环境温度有关，还与应变片本身的性能参数（K， α，β丝）及试件的线膨胀系数有关。
第5章-电阻应变式传感器
第5章电阻应变式传感器学习要点：1.掌握传感器的工作原理及性能2.了解传感器的结构、种类3.掌握测量电路及其补偿方法4.掌握应变片的布置及接桥方式5.了解传感器的应用电阻应变式传感器的基本原理是将被测非电量转换成与之有确定对应关系的电阻值，再通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。
一、工作原理及结构参数1. 电阻应变片的工作原理电阻应变片分为金属电阻应变片和半导体应变片。
金属电阻应变片的工作原理是基于导体材料的“电阻应变效应”，半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的“压阻效应”。
当电阻丝受到拉伸或压缩时，其几何尺寸和电阻值同时发生变化，电阻的相对变化为ρρ+εμ+=d)21(RdRx对于金属材料来说，电阻应变效应是主要的。
由于压阻系数很小，电阻率的变化可以忽略不计，所以有 x)21(RdRεμ+=其灵敏度 0/12xdRRSμε==+对于半导体材料来说，其压阻效应远大于其应变效应，所以有xLEdRdRεπρρ==其灵敏度 ERdRSLxπε==0和金属电阻应变片相比，半导体应变片具有灵敏度系数大，横向效应小，机械滞后小，尺寸小等优点，但是，半导体应变片多数用薄硅片制成，容易断裂，其测试时的可测应变范围通常限制在3000με左右，而金属电阻应变片的可测应变值达40000με。
另外，半导体应变片的温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重，所以其应用仍然受到一定的限制。
当同样长度的线材制成金属电阻应变片时，试件的轴向应变使敏感栅电阻发生变化，同时敏感栅半圆弧部分产生的横向应变也将使其电阻发生变化。
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。
横向效应的存在使得在测量纵向应变时，圆弧部分产生了一个负的电阻变化，从而降低了应变片的灵敏度系数。
减小横向效应的措施主要有：1）按标称灵敏度系数的测定条件使用；2）减小横向效应系数C，采用短接措施或采用箔式应变片；3）针对实际情况，重新标定在实际使用的应变场下，应变片的应变灵敏度系数。
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。
传感器作业答案
第二章 测量误差与数据处理1、测量数据中包含哪三种误差？它们各自的含义是什么？系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。
粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。
这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。
对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。
2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：120.42, 120.43, 120.40, 120.42, 120.43, 120.39, 120.30, 120.40,120.43, 120.41, 120.43, 120.42, 120.39,120.39,120.40。
试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。
解：1）求算术平均值2）求单次测量值的标准差估计值3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2）经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。
4）重新求解上述各值，得：；mmxx i i404.12015151==∑=-∧σmm033.01)(12＝--=∑=∧n x x ni i σmmg n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈⨯===∧∧σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mmx 41.120=-mm016.0＝∧σmmg n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈⨯===∧∧σσα经检查所有的 ，故无粗大误差。
5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014871=-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。
电阻应变式传感器工作原理
电阻应变式传感器工作原理
电阻应变式传感器是一种利用电阻值随物体形变而发生变化的传感器，常被用于测量材料的应变或力的大小。
其工作原理基于导电材料在受到应变时电阻值发生变化的特性。
以下是电阻应变式传感器的基本工作原理：
1. 导电材料的特性：电阻应变式传感器通常使用导电性能较好的金属材料，如铜或铂。
这些材料在受到外部应变（例如拉伸或压缩）时，会导致其内部原子结构的变化，从而改变电阻值。
2. 应变引起电阻变化：当导电材料受到应变时，晶格结构发生变化，导致电子流通的路径发生扭曲或拉伸，从而引起电阻值的变化。
这个变化通常是线性的，与应变的大小成正比。
3. 电桥电路：电阻应变式传感器常常被集成到电桥电路中。
电桥电路包括多个电阻，其中一个是电阻应变式传感器。
当传感器受到应变时，其电阻值发生变化，导致整个电桥电路的电阻不平衡。
通过测量电桥电路两个对角线上的电压差，可以确定电阻变化的大小，从而计算出应变的值。
4. 信号放大和处理：电阻应变式传感器输出的信号较小，通常需要进行放大和处理。
使用放大器、滤波器等电子元件来增强和调整传感器输出的信号，以便更准确地测量和记录应变值。
5. 应变测量与力/压力关联：应变是由物体的形变引起的，通过测量电阻应变式传感器的电阻变化，可以间接地得知物体的形变情况。
进一步，通过已知材料的弹性特性，可以将应变转换为物体所受的力或压力值。
总体而言，电阻应变式传感器通过测量导电材料在应变作用下的电阻变化，实现对物体形变的测量，从而可以用于测量受力物体的力或压力。
这种传感器在工程、结构监测和材料测试等领域得到广泛应用。
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三、应变片的温度误差及补偿
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两个方面:
(1) 电阻温度系数的影响 Rt= R0（1+α 0Δ t）
阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。
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应变片轴向受力及横向效应
(a) 应变片及轴向受力图
(b) 应变片的横向效应图
应变片轴向受力及横向效应
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S 式中：ρ——电阻丝的电阻率
L ——电阻丝的长度；
R
.L
mm2 / m；
S ——电阻丝的截面积。
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4
金属电阻丝的应变效应
金属电阻丝的应变效应
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3）覆盖层：作用，防潮、防蚀、防损等。
4）引线：通常取直径约为0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线
b
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2.2
电阻应变片的种类及特性
1. 丝式金属应变片的敏感栅由直径 0.01mm~0.05mm 的电阻 丝平行排列而成。
dS 2dr S r
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应变效应：
由材料力学可知，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关系可表
示为：
dr dL r L
dR d (1 2 ) R
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应力值σ←应变ε ←电阻值的变化ΔR ←输出电量U 这就是利用应变片测量应变的基本原理。
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电阻应变式传感器原理演示
电阻应变式传感器原理演示
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2. 半导体应变片
• •
压阻效应: 是指半导体材料在某一轴向受外力作用时，其 电阻率ρ 发生变化的现象。 半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为
dR d (1 2 ) R
式中， dρ/ρ 为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值 与半导体敏感元件在轴向所受的应力关系为 d : 压阻系数 E
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三、应变片测量应变的基本原理
•
当测得应变片电阻值变化量 ΔR时，便可得到被测对象 的应变值。根据应力与应变的关系，得到应力值σ为
σ=E·ε
•
式中 ：σ——试件的应力；
ε——试件的应变； E——试件材料的弹性模量。
• •
5
应变效应：
当电阻丝受到拉力 F作用时，将伸长 ΔL，横截面积相应 减小ΔS，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
dR d dL dS R L S
式中：dL/L—长度相对变化量，用应变ε表示：
dL L
dS/D—圆形电阻丝的截面积相对变化量，即
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应变片的粘贴
（1）准备：试件，打磨→清洗净打磨面→划线→涂一薄层粘结剂作底；应变 计，外表和阻值检查→刻划轴向标记→清洗。 （2）涂胶：在准备好的试件表面和应变片基底上均匀涂一薄层粘结剂。 （3）贴片：按坐标线对准贴上→用手指顺轴向滚压→固化处理。 （4）复查：贴片偏差、阻值变化、引线和试件间的绝缘电阻。 （5）接线：通过中介接线片（柱）把应变片引线和导线焊接并加固。
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表5-1 常用金属电阻丝材料的性能
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康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于它有很多 优点：
1. 康铜的电阻温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理工艺时，可使 电阻温度系数在±20×10-6/℃的范围内； 2. 灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常数， 进入塑性
•
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（dρ/ρ）/ε。
•
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大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化 与应变成正比，即KS为常数。
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灵敏系数
• 定义K=(dR/R)/ε为应变片的灵敏系数。它表示安装在 被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时，引起的 电阻相对变化(dR/R)与其单向应力引起的试件表面轴 向应变(ε)之比。 • 注：应变片的灵敏系数并不等于其敏感栅整长应变丝 的灵敏系数，这是因为在单向应力产生应变时，应变 片的灵敏系数除受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘 结剂和基底性能的影响外，尤其受到栅端圆弧部分横 向效应的影响。
（6）防护：涂以中性凡士林油，石蜡（短期防潮）；或石蜡—松香 —黄油的 混合剂（长期防潮）；或环氧树脂，氯丁橡胶，清漆等（防机械划伤）。
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几种常用应变片的基本形式
(a) 箔式应变片
(b) 电阻丝式应变片
(c) 丝式应变片
几种常用应变片的基本形式
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金属电阻应变片的材料
对电阻丝材料应有如下要求： ① 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数； ②电阻率:ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中 具有较大的电阻值； ③ 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
2. 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，其厚度一般在 0.003 ～ 0.01mm 。其优点是散热条 件好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状，便 于批量生产。 3. 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘 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。它的优点是应变灵敏度系数大，工作温度范 围较广 。
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2. 半导体应变片
dR (1 2 E ) R
实验证明，Eπ比（1+2μ）大上百倍，所以（ 1+2μ）可以 忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为
dR K R E
半导体应变片突出优点是灵敏度高，比金属丝式高50～ 80倍，尺寸小、横向效应小、动态响应好; 但它有温度系数 大、应变时非线性比较严重等缺点。
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5.1 电阻应变片工作原理 一、应变效应（电阻—应变特性）
应变效应：电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即在 导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电 阻值相应发生变化。 一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为
若该应变片承受轴向应力而产生应变εx时，则各直线段的电阻将增加，但
在半圆弧段则受到从+εx到-μεx之间变化的应变，圆弧段电阻的变化将小于 沿轴向安放的同样长度电阻丝电阻的变化。 综上所述，将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相 同，但由于应变片敏感栅的电阻变化较小，因而敏感栅的灵敏系数K, 较电
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三、 应变片的温度误差及补偿
(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，电阻丝的变形仍和自由状态一样，不会产生附加变 形。当试件和电阻丝线膨胀系数不同时，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：
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2. 半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应 而制成的一种纯电阻性元件。当半导体材料某一轴向受 外力作用时，其电阻率会发生变化
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d dR R (1 2 )
式中：μ——电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。 可得
(1)
或
( 2)
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二、电阻丝的灵敏系数：
• 电阻丝的灵敏系数：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。 d dR K s R (1 2 ) 灵敏度系数受两个因素影响：
第5章
电阻应变式传感器
5.1工作原理