电阻应变式传感器课件
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《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。
电阻应变式传感器实例(ppt)
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
应变式荷重传感器外形
F
F
各种悬臂梁
桥式传感器
悬臂梁式传感器
铝合金传感器
S型拉压传感器
电阻式传感器
案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
3.2 电阻式传感器 案例：煤气包储量检测
钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数
->电位器
->电阻
电阻应变式传感器 实例(ppt)
电阻应变式传感器实例
• 分类： 光电传感器、热电传感器、 电阻传感器、电感传感器、 压电传感器、霍尔传感器、 声敏传感器、湿敏传感器等等。
电阻应变式传感器： 众多的传感器中，有一大类是通过电阻
参数的变化来实现非电量电测目的的，它们 统称为电阻式传感器。
分为：金属箔式和半导体电Βιβλιοθήκη 应变片3.2 电阻式传感器
案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
电阻式传感器
电阻应变式传感器的应用：测力
应变片在悬臂梁上的粘贴及变形
汽车衡称重系统
4.2 应变片的种类、材料及粘贴
4.2.1 金属电阻应变片的种类
引线
覆 盖层
基片
b
l 电 阻丝 式 敏感 栅
人体秤
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
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
电阻应变式传感器PPT课件
R R
KS x
（2-9）
2.2.4 应变片的测试原理
用应变片测量应变或应力时，是将应变片粘贴于对 象上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械 变形，粘贴在其表面上的应变片亦随其发生相同的 变化，因此应变片的电阻也发生相应的变化。
第6页/共53页
2.3 电阻应变片的种类、材料和参数
2.3.1 电阻应变片的种类 1. 丝式应变片
令
KS dR/ R (1 2) d /
x
x
（2-8）
K S 称为金属丝的灵敏系数 。表示金属丝产生单位变
形时，电阻相对变化的大小。
第5页/共53页
2.2.3 应变片的特性
实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相
对变化 dR / R 与应变x 成正比，因而 KS 为一常数。
式（2-8）以增量表示为
2.5 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿
2. 应变片自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变
化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应
变片称为应变片自补偿法。下面介绍两种自补偿应变
片。
（1）选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
t
at K
(m
g )t
0
则
K(m g )
பைடு நூலகம்
t1
0 (m g )t
（2-19）
折算为应变，则
第22页/共53页
2. 试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产 生附加应变
l
t
t (m g )t
l0
t 引起的电阻变化为
R R t 0 K(m g)t
（2-20） （2-21）
《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 。
电阻应变式传感器的工作原理PPT课件可编辑全文
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 。
θ
dθ
dl
20丝21绕式应变片敏感栅半圆弧形部分
若敏感栅有n根纵栅，每根长为l，半径为r，在轴
向应变ε作用下，全部纵栅的变形视为ΔL1
ΔL1= n lε 半圆弧横栅同时受到ε和εr的作用，在任一微小段长度 d l = r dθ上的应变εθ可由材料力学公式求得
1 2r1 2rco 2s
每个圆弧形横栅的变形量Δl为
l 0 rd l0 rd 2 r r
纵栅为n根的应变片共有n-1个半圆弧横栅，全部横栅
的变形量为 L2n20 212 1rr
应变片敏感栅的总变形为
L L 1 L 2 2 n 2 n l 1 r n 2 1 rr
敏感栅栅丝的总长为L，敏感栅的灵敏系数为KS，则 电阻相对变化为
2021
2.箔式应变片 它是利用照相制版或光刻技术将厚约0.003～0.01mm的金
属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。 优点：①.可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅，其栅长l可 做0.2mm，以适应不同的测量要求；②.与被测件粘贴结面积 大； ③.散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏 度； ④.横向效应小。
中给出了为1/10和1/20时δ的数值。
误差δ的计算结果
l
δ（%）
1/10
1.62
1/20
0.52
2021
由表可知，应变片栅长与正弦应变波的波长之比愈
小，相对误差δ愈小。当选中的应变片栅长为应变波长
的（1/10~1/20）时，δ将小于2%。
因为
f
式中 υ——应变波在试件中的传播速度； f——应变片的可测频率。
第3章电阻应变片式传感器1-PPT讲义
bhfrbhfr测量bk2s产品详细介绍采用国际流行的双梁式或剪切s梁结构拉压输出对称性好测量精度高结构紧凑安装方便广泛用于机电结合秤料斗秤包装秤等各种测力称重系统中供桥电压12vdc输入阻抗38020输出阻抗35010绝缘电阻2000m工作温度1050bk采用轮辐式结构高度低抗偏抗侧能力强测量精度高性能稳定可靠安装方便是大中量程精度传感器中的最佳形式广泛用于各种电子衡器和各种力值测量如汽车衡轨道衡吊勾秤料斗秤技术参数量程t12510203050供桥电压12vdc灵敏度152mvv输入阻抗73020非线性fs00300501输出阻抗70010重复性fs00300501绝缘电阻2000m滞后fs00300501工作温度1050允许过负荷120fs热零点偏移fs10主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件
产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏 感栅的应变量逐渐减少。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •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”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏 感栅的应变量逐渐减少。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有 缺陷的应变片不能粘贴。
2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一 电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
应变传感器在承重梁上
➢电阻应变片品种繁多, 形式多样。 ➢常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电 阻应变片。
应变效应分析
•电阻应变片的工作原理是基于应变效应 •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”。
l
l
F
F
r
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹 均匀，立即放在应变贴片位置。
《电阻应变片传感器》PPT课件
23
4. 允许电流 是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许
通过的最大电流在静态测量时，允许电流一般为 25mA；在动态测量时，允许电流可达75~100mA。
5. 应变极限 指在温度一定时，指示应变值和真实应变值的相
对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般 差值规定为10%，当指定应变值大于真实应变值的10% 时，真实应变值称为应变片的极限应变。
电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域 测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其 敏感栅材料及制作方法可分类如下表：
3
电阻应变片的种类
4
2.2 电阻应变片的工作原理
2.2.1 金属的应变效应 ❖ 金属应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，
其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。由于
因温度变化引起的电阻变化作用相互抵消，这样就起到了温度补 偿的作用。
31
图2-6 桥路补偿法
32
2. 应变片自补偿法
粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产
生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应变片称为应变片自 补偿法。下面介绍两种自补偿应变片。
（1）选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同（一个为正，一个为
负）的特性，将二者串联绕制成敏感栅，如图2-7所示。若两段敏
感栅的电阻R1和 R2 ，由于温度变化而产生的电阻变化
大小相等而符号相反，就可以实现温度补偿，电阻
R1t
R2t
R R R /
1
2t
2
R R R /
2
1t 1
R R 而其中 ( ) ( )
4. 允许电流 是指不因电流产生热量影响测量精度，应变片允许
通过的最大电流在静态测量时，允许电流一般为 25mA；在动态测量时，允许电流可达75~100mA。
5. 应变极限 指在温度一定时，指示应变值和真实应变值的相
对差值不超过一定数值时的最大真实应变数值，一般 差值规定为10%，当指定应变值大于真实应变值的10% 时，真实应变值称为应变片的极限应变。
电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域 测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，但按其 敏感栅材料及制作方法可分类如下表：
3
电阻应变片的种类
4
2.2 电阻应变片的工作原理
2.2.1 金属的应变效应 ❖ 金属应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，
其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。由于
因温度变化引起的电阻变化作用相互抵消，这样就起到了温度补 偿的作用。
31
图2-6 桥路补偿法
32
2. 应变片自补偿法
粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产
生的附加应变为零或相互抵消，这种特殊应变片称为应变片自 补偿法。下面介绍两种自补偿应变片。
（1）选择式自补偿应变片
由式(2-23)可知，实现温度补偿的条件为
是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同（一个为正，一个为
负）的特性，将二者串联绕制成敏感栅，如图2-7所示。若两段敏
感栅的电阻R1和 R2 ，由于温度变化而产生的电阻变化
大小相等而符号相反，就可以实现温度补偿，电阻
R1t
R2t
R R R /
1
2t
2
R R R /
2
1t 1
R R 而其中 ( ) ( )
第3章(166)教材配套课件
10
第3章 电阻应变式传感器
由材料力学可知，εx=F/(AE)，所以ΔR/R又可以表示为
R K F
(3-9)
R AE
如果应变片的灵敏度系数Ks和试件的截面积A以及弹性模 量E均为已知，则只要设法测出ΔR/R的数值，即可获得试件受 力F的大小。
11
第3章 电阻应变式传感器
3.2 应变片的种类、结构与粘贴
(3-5)
式中, μ为金属丝材料的泊松系数。
7
第3章 电阻应变式传感器
将式(3-4)、式(3-5)代入式(3-3)得
dR R
(1
2) x
d
(3-6)
令
dR
d
K R (1 2)
(3-7)
x
x
Ks称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单位变形时， 电阻相对变化的大小。显然，Ks越大，单位变形引起的电阻相 对变化就越大，传感器也越灵敏。
其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为电阻应变效应。
2
第3章 电阻应变式传感器
3.1.2 电阻应变特性 下面我们以金属丝为例来分析这种应变特性，如图3-1所
示。 设有一根长度为l、截面积为A、半径为r、电阻率为ρ的金
属单丝，它的电阻值R可表示为
R
l A
l
r2
(3-1)
3
第3章 电阻应变式传感器
29
第3章 电阻应变式传感器
上述三种工作方式中全桥工作方式的灵敏度最高，半桥双 臂次之，半桥单臂灵敏度最低。若采用半桥双臂或全桥工作方 式，当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度 引起的电阻值漂移数值一致，代入式(3-10)，可以相互抵消， 所以这两种桥路具有温度自补偿功能。
《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。
应变式力传感器示意图课件
n 产生机械滞后的原因，主要是金属丝、粘结剂和 基底在承受机械应变后都留有残余变形。
n 零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 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，此变化就是应变片的零点 漂移。
n 蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。
n 当温度在-200℃--0℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
当温度在0℃--850℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
n 式中 t —摄氏温标下的温度值；
Rt—t℃时的阻值； R0—0℃时的阻值；
A— 常数，
B— 常数，
C— 常数，
n 2 铜热电阻传感特性 n 铜热电阻的温度系数比铂热电阻大，价格低，而
n 温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。
n 5 应变极限
n 指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
但是在输出结果中还存在始终等于同相输入Ui+
的另一项，这使得输出电压与差分输入电压呈
非线性关系。
n 图2-34为改进的差动放大电路。利用虚短和虚 断的概念，得到Uo的表达式为
n 令Z2＝Z1，Z3=Zf
n 2.1.3 电阻应变片的主要特性
n 1 灵敏系数
n 灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。
n 电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因：
(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。
n 零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 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，此变化就是应变片的零点 漂移。
n 蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。
n 当温度在-200℃--0℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
当温度在0℃--850℃范围内时，铂热电阻和温度 的关系为
n 式中 t —摄氏温标下的温度值；
Rt—t℃时的阻值； R0—0℃时的阻值；
A— 常数，
B— 常数，
C— 常数，
n 2 铜热电阻传感特性 n 铜热电阻的温度系数比铂热电阻大，价格低，而
n 温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。
n 5 应变极限
n 指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
但是在输出结果中还存在始终等于同相输入Ui+
的另一项，这使得输出电压与差分输入电压呈
非线性关系。
n 图2-34为改进的差动放大电路。利用虚短和虚 断的概念，得到Uo的表达式为
n 令Z2＝Z1，Z3=Zf
n 2.1.3 电阻应变片的主要特性
n 1 灵敏系数
n 灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。
n 电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因：
(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。
《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
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• 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。
《传感器应用技术》电子课件 4-4电阻应变式传感器的结构
《传感器应用技术》课程
Sensors application technology
电阻应变式传感器的结构
s truc ture o f re s is ta nc e s tra in s e ns or
课程组: 梁长垠、宋荣、苏全、韩君、张胜宇、贾方亮、梁召峰
课程内容 Course Contents
材料：紫铜，表面镀锡或镀银，便于焊接。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
粘结剂
作用：将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。用于使用金属 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。
要求：将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
材料：分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的 有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温， 常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
金属电阻应变片构成材料
基片
作用：保持敏感栅、引线的几何形状及 其相对位置，被测构件上的应变不失真 地传递到敏感栅上。
要求：使敏感栅与弹性体之间具有足够 高的电绝缘性能；
材料：纸或有机高分子材料，如环氧树 脂等。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
引线
作用：连接敏感栅和测量电路
要求：灵敏系数大且稳定，电阻率高，电阻 温度系数小，具有良好的焊接性能和抗氧化 性能。
电子信息工程技术专业教学资源库
THANK YOU
课程组: 梁长垠、宋荣、苏全、韩君、张胜宇、贾方亮、梁召峰
应变片的结构
金属电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层、引线和黏合剂等部分组成, 如图所示。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
Sensors application technology
电阻应变式传感器的结构
s truc ture o f re s is ta nc e s tra in s e ns or
课程组: 梁长垠、宋荣、苏全、韩君、张胜宇、贾方亮、梁召峰
课程内容 Course Contents
材料：紫铜，表面镀锡或镀银，便于焊接。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
粘结剂
作用：将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。用于使用金属 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。
要求：将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
材料：分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的 有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温， 常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
金属电阻应变片构成材料
基片
作用：保持敏感栅、引线的几何形状及 其相对位置，被测构件上的应变不失真 地传递到敏感栅上。
要求：使敏感栅与弹性体之间具有足够 高的电绝缘性能；
材料：纸或有机高分子材料，如环氧树 脂等。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
引线
作用：连接敏感栅和测量电路
要求：灵敏系数大且稳定，电阻率高，电阻 温度系数小，具有良好的焊接性能和抗氧化 性能。
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课程组: 梁长垠、宋荣、苏全、韩君、张胜宇、贾方亮、梁召峰
应变片的结构
金属电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层、引线和黏合剂等部分组成, 如图所示。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
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粘合剂粘贴在传感器弹性元件或
1－敏感栅；2－基底；3－引线；试件上的应变片通过基底把应变
4－盖层；5－粘结剂 传递到敏感栅上，同时基底起绝
缘作用。盖层起绝缘保护作用。
焊接于敏感栅两端的引线作连接
测量导线之用。
1、金属丝式应变片 •金属丝式应变片的敏感 栅由金属丝绕制而成。金 属丝材料为电阻率ρ大而 电阻温度系数小的材料。 丝式应变片的规格一般以 使用面积(L*b)和敏感栅 的电阻值来表示。阻值一 般在50～10OOΩ范围内， 常用的为12OΩ。
➢另外须注意的事项：应变极限，疲劳寿命，绝缘 电阻，最大电流。
5.5 分类
➢应变计有很多品种系列: 从尺寸上讲, 长的有几百 mm, 短的仅0.2 mm; 由结构形式上看, 有单片、 双片、应变花和各种特殊形状的图案; 就使用环境 上说, 有高温、低温、水、核辐射、 高压、磁场等; 而安装形式, 有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。 ➢主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同, 将 应变计分为金属式和半导体式两大类。从敏感元 件的形态又可进一步分类如下:
第五章 电阻应变式传感器
5.1 概述 5.2 金属电阻应变片的结构和类型 5.3 金属电阻应变片工作原理 5.4 误差分析 5.5 分类 5.6 应变片命名规则 5.7 应变片的主要特性及参数 5.8 电阻应变片的选用和粘贴 5.9 应变片测量电路 5.10 半导体应变片 5.11 电阻应变片式传感器的应用
(a)
(b)
(c)
➢箔式应变计的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很 薄的金属薄栅（厚度一般在0.003～0.01mm）。与 丝式应变计相比有如下优点:
(1)工艺上能保证线栅的尺寸正确、 线条均匀, 大批 量生产时, 阻值离散程度小。
(2)可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小 基长（如基长为0.1 mm）的应变计。
体形 金属属性
丝式 箔式
纸基 胶基
应变计 半导体式
薄膜型 体型
薄模型
扩散型
外延型
Pn结及其它形式
➢半导体式体型薄膜型、扩散型、外延型、PN结及 其他形式 金属电阻应变计常见的形式有丝式、 箔式、 薄膜式等。 丝式应变计是最早应用的品种。 ➢金属丝弯曲部分可作成圆弧、锐角或直角, 如图所 示。 简单但横向效应较大。 直角（H）形两端用 较粗的镀银铜线焊接, 横向效应相对较小, 但制作工艺 复杂, 将逐渐被横向效应小、 其他方面性能更优越的 箔式应变计所代替。
(3) 敏感栅截面积为矩形, 表面积大, 散热好, 在相同 截面情况下能通过较大电流。
2
4
dS dr 2 rdr
4
2
S S
r r 2 r4
2 r r
2
l l
4
R l 2 l
R
l
l
R (1 2 ) l k
R
l
泊松系数
太小，可忽略
μ=0.3～0.5 K =1.6 ～ 2
ε =10-6 ～ 10-3
•灵敏度系数K的意义：单位应变所引起的电阻相对 变化，主要是受力后材料的几何尺寸变化引起。 3、结论 •金属电阻丝的电阻相对变化率与轴向应变成正比。 4、特点 优点: 稳定性和温度特性好. 缺点: 灵敏度系数小.
2、金属箔式应变片 •箔式应变片的敏感 栅通过光刻、腐蚀等 工艺制成，可根据需 要制成任意形状，具 有表面积大、散热性 好、允许电流大、便 于成批生产等优点。
3、金属薄膜应变片 •金属薄膜应变片是采用真空溅射或真空沉积的方法 制成，它将可产生形变的金属或合金直接沉积在弹性 元件上而不用粘合剂。这样应变片的性能更好，灵敏 度高。所谓薄膜指厚度在0.1µm以下的金属膜。厚度 在25µm左右的称厚膜箔式应变片即属厚膜。
5.2 金属电阻应变片的结构和类型
•常用金属应变片有:金属丝式应
变片、箔式应变片以及金属薄膜
应变片等。
•金属电阻应变片的基本结构如图
5-1所示，它由盖层、敏感栅、基
底及引线四部分组成。敏感栅可
由金属丝、金属箔制成，它是转
图5－1 应变计的结构及构成 换元件，它被粘贴在基底上。用
(a)丝式；(b)箔式
4
3
b
2
l
1
电阻应变计构造简图
2、工作原理:应变效应 • 设有一根圆截面的金属电阻丝如图5-2所示。其
原始电阻为：
R l S
图5－2 金属电阻丝受拉变形
受力后各部分的变化引起电阻的变化
dR Sd l S l2dSS l d
dRRdl ldSSd 或 RRllSS
对于直径为d的圆形截面电阻丝：
S ( r )2 r 4
5.4 误差分析
1、横向效应 横向缩短作用引起的电阻值的减小对于轴向伸长
作用引起的电阻值的增加量起着抵消的作用，它使 所测应变数值偏小，或说使应变片灵敏系数减小。 弯曲半径越大，横向效应也越大 •通过改变电阻丝排列的形状可减小之。 2、温度影响 ➢由于环境温度改变引起电阻值变化，由电阻丝温 度系数α引起；由电阻丝与被测件材料的线膨胀系
数α1、α2的不同引起的。
当温度变化Δt, 应变片电阻的增量ΔRt可用下式表
示：
ΔRt=RοαΔt+RοK(α1- α2)Δt = Rο[α+K(α1- α2]Δt
令 αt= α+K(α1- α2) 则： ΔRt= RοαtΔt 3、蠕变
➢与粘贴相关，基片、粘合剂、被测件材料需相适 应。否则不能将被测件表面变形准确地传递给应变 片。
5.3 金属电阻应变片工作原理
1、电阻应变效应 ➢金属电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应。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。 ➢电阻丝较细, 一般在0.015~0.06 mm, 其两端焊有较粗 的低阻镀锡铜丝（0.1~0.2mm）4作为引线, 以便与测量 电路连接。图中, l称为应变计的标距, 也称（基）栅长, b 称为（基）栅宽, l×b称为应变计的使用面积。
5.1 概述
•电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各 种力学量（压力、荷重、扭力等）转换为电信号的 结构型传感器。 •分类：电阻丝应变片、半导体应变片 •组成:电阻应变片和测量电路。电阻应变片(计)是电 阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材 料的电阻应变效应，电阻应变片既可单独作为传感 器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学 量传感器。