第2章力学量传感器与应用
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1.电阻应变效应 ❖ 导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，
导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变 效应。
2.3 电阻应变式传感器 一、工作原理应变片的工作原理
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
R
l A
l r2
❖ 当金属丝受拉时，其长度伸长dl，横截面将相应 减小dS，电阻率也将改变dρ，这些量的变化， 必然引起金属丝电阻改变dR
变或位移的弹性敏感元件。
❖ 常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆 环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等，如图所示。
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 1．弹簧管 （定性分析）
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 2．波纹管
2.2 、电位器传感器
电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各 种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位 移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系 的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量 压力、高度、加速度等各种参数的测量
1. 刚度 ❖ 刚度是弹性敏感元件在外力作
用下抵抗变形的能力 。
k limF dF x0 x dx
❖ 2. 灵敏度 ❖ 灵敏度就是弹性敏感元件在单
位力作用下产生变形的大小。
它是刚度的倒数，即 K dx dF
3.弹性滞后 实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形 曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象， 如图2-3所示。
❖ 基本步骤如下。 ⑴应变片的检查 ⑵试件的表面处理 ⑶确定贴片位置 ⑷粘贴应变片 ⑸固化处理 ⑹粘贴质量检查 ⑺引出线的固定与保护 ⑻防潮防蚀处理
Байду номын сангаас．测量转换电路
❖机械应变一般在10 µε～3 000 µε之间，而应 变灵敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的， 用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用 专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电 路为直流电桥和交流电桥。
❖ 将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导 线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电 阻丝应变片。
⑵、应变片类型
❖ 应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。 金属片有丝式、箔式、薄膜式三种，其结构如图 2-10所示。
3.应变片参数
⑴标准电阻值（R0）120欧； ⑵绝缘电阻（RG）； ⑶灵敏度系数（K）； ⑷应变极限（ξmax）； ⑸允许电流（Ie）； ⑹机械滞后及零漂等 ；
❖ 2.2 弹性敏感元件 1.物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形; 2.若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状， 这种变形称为弹性变形。 3.具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性敏感元件感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将 被测量变换为应变、位移等，即通过它把被测参数由一种物理 状态转换为另一种所需要的物理状态，故称为弹性敏感元件。
2.2.2 弹性敏感元件的材料及基本要求 对弹性敏感元件的基本要求： ①具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性 好、疲劳强度高等）； ②良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹 性后效小等）； ③弹性模量的温度系数小且稳定； ④抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。
2.2.3 变换力的弹性敏感元件 ❖ 所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力F，输出量为应
2.3.3、电阻应变片的粘贴技术
应变片在使用时通常是用粘接剂粘贴在在弹牲体上的， 粘贴技术对传感器的质量起着重要的作用。
常用的粘接剂有酚醛树脂胶、环氧树脂胶、502胶水等。 应变片在粘贴时，必须遵循正确的粘贴工艺，保证粘 贴质量，这些都与最终的测量精度有关。应变片的粘贴步 骤如下。
4.应变片的粘贴技术
第2章 力学量传感器及应用
第2章 力学量传感器及应用
❖ 知识目标\技能目标 通过本课题的学习，
❖ 能正确给应变片选择相应的弹性敏感元件， ❖ 熟练掌握电阻应变片的粘贴工艺， ❖ 利用电阻应变片构成电桥电路；熟悉压电元件的
连接方式， ❖ 了解压电式传感器的性能、特点， ❖ 能分析由压电传感器组成检测系统的工作原理，
❖ 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载 特性。
2.2.3 电位器传感器的应用实例
1．电位器式压力传感器 ❖ YCD—150型远程压力表原理图
电位器式压力传感器的工作原理
2.3、电阻应变式传感器
2.3.1、应变效应与应变片 ❖ 电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻
变化量的敏感元件。它是基于电阻应变效应而制 成的。
2.测量转换电路
❖ 最常用的电路为直流电桥和交流电桥。下面以 直流电桥电路为例，简要介绍其工作原理及有 关特性。
U o(R 1 R 1R R 2 2)2( R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4)U i
一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R， 上式可变为
UoU 4i( R R 11 R R 22 R R 33 R R 44)
dRSdlS2ldSSl d
❖ 根据材料力学原理，金属丝受拉时，沿轴向伸长， 而沿径向缩短，二者之间应变的关系为
y x
❖ 实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的 相对变化R/R与应变是成正比
R R
Kx
2.电阻应变片的结构与类型
⑴应变片基本结构
❖ 电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部 分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，电 阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。
正确应用和维护压电传感器。
2.1 压力检测基础
2.1.1压力的定义 p F S
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理 学中常称的压强。
2.1.3 压力的计量单位 压力是力和面积的导出量。
❖ 压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。 1Pa＝1N/m2。
❖ 工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。 我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。
2.2.1、电位器的原理和基本结构
1．电位器的转换原理
❖ 电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长
度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压
为Ui，则滑动端输出电压为
x
❖
Uo LUi
角位移式电位器
❖ 对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转
角度成正比，即
Uo
360
Ui
2.2.2、电位器传感器负载特性
导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变 效应。
2.3 电阻应变式传感器 一、工作原理应变片的工作原理
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
R
l A
l r2
❖ 当金属丝受拉时，其长度伸长dl，横截面将相应 减小dS，电阻率也将改变dρ，这些量的变化， 必然引起金属丝电阻改变dR
变或位移的弹性敏感元件。
❖ 常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆 环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等，如图所示。
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 1．弹簧管 （定性分析）
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件 2．波纹管
2.2 、电位器传感器
电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各 种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位 移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系 的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量 压力、高度、加速度等各种参数的测量
1. 刚度 ❖ 刚度是弹性敏感元件在外力作
用下抵抗变形的能力 。
k limF dF x0 x dx
❖ 2. 灵敏度 ❖ 灵敏度就是弹性敏感元件在单
位力作用下产生变形的大小。
它是刚度的倒数，即 K dx dF
3.弹性滞后 实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形 曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象， 如图2-3所示。
❖ 基本步骤如下。 ⑴应变片的检查 ⑵试件的表面处理 ⑶确定贴片位置 ⑷粘贴应变片 ⑸固化处理 ⑹粘贴质量检查 ⑺引出线的固定与保护 ⑻防潮防蚀处理
Байду номын сангаас．测量转换电路
❖机械应变一般在10 µε～3 000 µε之间，而应 变灵敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的， 用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用 专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电 路为直流电桥和交流电桥。
❖ 将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导 线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电 阻丝应变片。
⑵、应变片类型
❖ 应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。 金属片有丝式、箔式、薄膜式三种，其结构如图 2-10所示。
3.应变片参数
⑴标准电阻值（R0）120欧； ⑵绝缘电阻（RG）； ⑶灵敏度系数（K）； ⑷应变极限（ξmax）； ⑸允许电流（Ie）； ⑹机械滞后及零漂等 ；
❖ 2.2 弹性敏感元件 1.物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形; 2.若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状， 这种变形称为弹性变形。 3.具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
弹性敏感元件感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将 被测量变换为应变、位移等，即通过它把被测参数由一种物理 状态转换为另一种所需要的物理状态，故称为弹性敏感元件。
2.2.2 弹性敏感元件的材料及基本要求 对弹性敏感元件的基本要求： ①具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性 好、疲劳强度高等）； ②良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹 性后效小等）； ③弹性模量的温度系数小且稳定； ④抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。
2.2.3 变换力的弹性敏感元件 ❖ 所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力F，输出量为应
2.3.3、电阻应变片的粘贴技术
应变片在使用时通常是用粘接剂粘贴在在弹牲体上的， 粘贴技术对传感器的质量起着重要的作用。
常用的粘接剂有酚醛树脂胶、环氧树脂胶、502胶水等。 应变片在粘贴时，必须遵循正确的粘贴工艺，保证粘 贴质量，这些都与最终的测量精度有关。应变片的粘贴步 骤如下。
4.应变片的粘贴技术
第2章 力学量传感器及应用
第2章 力学量传感器及应用
❖ 知识目标\技能目标 通过本课题的学习，
❖ 能正确给应变片选择相应的弹性敏感元件， ❖ 熟练掌握电阻应变片的粘贴工艺， ❖ 利用电阻应变片构成电桥电路；熟悉压电元件的
连接方式， ❖ 了解压电式传感器的性能、特点， ❖ 能分析由压电传感器组成检测系统的工作原理，
❖ 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载 特性。
2.2.3 电位器传感器的应用实例
1．电位器式压力传感器 ❖ YCD—150型远程压力表原理图
电位器式压力传感器的工作原理
2.3、电阻应变式传感器
2.3.1、应变效应与应变片 ❖ 电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻
变化量的敏感元件。它是基于电阻应变效应而制 成的。
2.测量转换电路
❖ 最常用的电路为直流电桥和交流电桥。下面以 直流电桥电路为例，简要介绍其工作原理及有 关特性。
U o(R 1 R 1R R 2 2)2( R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4)U i
一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R， 上式可变为
UoU 4i( R R 11 R R 22 R R 33 R R 44)
dRSdlS2ldSSl d
❖ 根据材料力学原理，金属丝受拉时，沿轴向伸长， 而沿径向缩短，二者之间应变的关系为
y x
❖ 实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的 相对变化R/R与应变是成正比
R R
Kx
2.电阻应变片的结构与类型
⑴应变片基本结构
❖ 电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部 分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，电 阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。
正确应用和维护压电传感器。
2.1 压力检测基础
2.1.1压力的定义 p F S
压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理 学中常称的压强。
2.1.3 压力的计量单位 压力是力和面积的导出量。
❖ 压力单位又称为帕斯卡或简称帕，符号为Pa。 1Pa＝1N/m2。
❖ 工程上常用kPa(103Pa)和MPa(106Pa)表示。 我国已规定帕斯卡为压力的法定单位。
2.2.1、电位器的原理和基本结构
1．电位器的转换原理
❖ 电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长
度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压
为Ui，则滑动端输出电压为
x
❖
Uo LUi
角位移式电位器
❖ 对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转
角度成正比，即
Uo
360
Ui
2.2.2、电位器传感器负载特性