应变片式加速度传感器设计
第2章 应变式传感器1
2.6金属丝式应变传感器的应用
1、柱式力传感器
弹性元件可分为实心和空心两种在轴向布置一个或几个应变，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 差动对。
1
2
[(1 ) (1 ) cos 2 ]
F SE
1
F 2 1 SE
2.6金属丝式应变传感器的应用
3、应变式压力传感器
应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力, 如动力管 道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、 枪管及炮管内部的 压力、内燃机管道的压力等。 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。 下图为膜片式压力传感器，应变片贴在膜片内壁，在压力p作用下，膜片 产生径向应变εr和切向应变εt，表达式分别为
1、测量原理
R1 R4 R2 R3 Ig E Rg ( R1 R2 )( R3 R4 ) R1 R2 ( R3 R4 ) R3 R4 (R1 R2 )
U g I g Rg E ( R1 R4 R2 R 3 ) 1 ( R1 R2 )(R 3 R4 ) [ R1 R2 (R 3 R4 ) R 3 R4 ( R1 R2 )] Rg
E R1 Uo 2 R1
2.5电阻应变片的温度误差及其补偿
1、温度误差产生的原因
（1）温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变
(
（2）敏感栅材料与被测试件的线膨胀系数不同引起的电阻变化 R ( ) 2 K ( e g )t R
温度变化引起的总电阻变化为 R R R ( )t ( )1 ( ) 2 t t K ( e g )t R R R 相应的虚假应变为
基于电阻应变片的称重传感器设计 毕业设计
毕业设计说明书基于电阻应变片的称重传感器设计班姓学专指导教师：2014年 6 月基于电阻应变片的称重传感器设计摘要随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。
目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。
本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。
应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。
关键词：称重传感器，弹性体，电阻应变片Based on the design of resistance strain gauge load cellAbstractWith the progress of technology, electronic weighing apparatus made by the weighing sensor is widely used in all walks of life, to realize the rapid and accurate for material weighing, especially with the emergence of microprocessor, the constant improvement of the industrial production process automation, weighing sensor has become a necessary device in the process control. At present, apply to almost all weighing weighing sensors.In this paper, the design of a resistance strain type weighing sensor. Resistance strain type weighing sensor is based on the principle that elastomer (elastic element, sensitive beam) elastic deformation under the action of external force, the resistance strain gauge on the surface of the paste in his (cell) also along with the deformation and deformation resistance strain gauge, its value will change (increase/decrease), and then through the corresponding measurement circuit convert the resistance to electrical signals (voltage or current), so as to complete the process of external force transform into electrical signals. The design of the weighing sensor is the change of resistance strain gauge is used to determine the small strain of elastic element, so as to use force, stress and strain the relationship between the area to determine the size of the force, then the force of the mass of the body. The change of the resistance strain gauge can be obtained through the subsequent processing circuit.Keywords: Weighing sensors, elastomer, resistance strain gauge目录1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 国内外发展动态 (1)2 传感器的相关知识 (3)2.1 传感器概念 (3)2.2 传感器的工作原理 (3)2.3 传感器的组成结构 (5)3 电阻应变片的相关知识 (7)3.1 电阻应变片的结构和工作原理 (7)3.2 电阻应变效应 (8)3.2.1 金属材料的电阻应变效应 (8)3.2.2 电阻—应变特性 (8)3.2.3 应变片测试原理 (9)3.3 电阻应变片的种类及材料 (10)3.3.1 电阻应变片的种类 (10)3.2.2 电阻应变片的材料 (12)3.4 金属应变片的主要特性 (13)4 电阻应变式力传感器的设计 (19)4.1 柱形应变式力传感器 (19)4.1.1 利用拉伸与压缩应力的称重传感器 (20)4.1.2 柱式称重传感器的误差来源 (22)4.2 梁式力传感器 (23)5 粘贴技术及稳定处理 (27)5.1 应变片粘贴技术 (27)5.1.1 粘结剂的选择 (27)5.1.2 应变计的粘贴 (27)5.2 弹性元件材料的稳定处理 (28)6 电阻应变式传感器的信号处理电路 (31)6.1 转换电路 (31)6.2 直流电桥 (31)6.3 电路图设计 (36)6.4 电路仿真 (36)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1．1 课题研究的背景现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、“大脑”。
实验一--应变式传感器
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0.3～0.5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。
基于电阻应变片的压力传感器设计
目录1.绪论 (2)2.方案的选择 (3)2.1方案的制定 (3)2.2方案的确定 (3)3.弹性元件 (5)3.1弹性元件材料选择 (5)3.2弹性元件受力分析 (5)3.3弹性元件尺寸设计 (6)3.4强度校核 (7)4.应变片的选择 (8)4.1应变片类型的选择 (8)4.2阻值的选择 (8)4.3材料的选择 (8)4.4应变片的粘贴 (8)5.测量电路的设计 (10)5.1电桥电路 (10)5.1.1电桥选择 (10)5.1.1电桥输出 (10)5.2放大电路 (11)5.3检波电路 (12)5.4低通滤波电路 (14)5.5直流放大电路 (15)6.ADC转换模块 (16)7.误差分析 (17)8.总结 (17)参考文献 (17)附录1 (18)附录2 (19)基于电阻应变片的压力传感器设计1.绪论本次课程设计的是一个基于电阻应变片的压力传感器，参考实物为YPR-8传感器，实物图如图1.1所示，主要技术指标如表一所示。
本次设计选择的指标如表2。
电阻应变式压力传感器的工作原理是，把应变片贴在测量压力的弹性元件上，当被测压力发生变化时，弹性元件内部应力的变化使得应变片的阻值随之改变，通过测量电阻来测得压力。
电阻应变式压力传感器主要是由弹性元件、应变片以及相应的测量电路组成。
图1.1 YPR-8实物图表1 主要技术指标表2 选择的技术指标规格100MPa灵敏度 1.25mV/V过载能力120%F.S激励电压10V2.方案的选择2.1方案的制定在测量压力上主要用到的是柱式传感器。
柱式传感器的弹性元件分为实心和空心两种，如图3.1.1所示图2.1.1 柱式传感器的弹性元件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。
常用的有两臂差动电桥和全桥电路，如图2.1.2所示图2.1.2 直流电桥电路2.2方案的确定柱式以实心或空心圆形或方形主体作为弹性元件，其特点是结构简单、紧凑、易于加工，可设计成压式或拉式，或拉压两用型，可承受最大载荷107N，用于大、中量程的传感器，且对于空心圆柱型，灵敏度和抗横向干扰可得到提高。
实验一电阻应变片传感器特性实验
实验一、二 电阻应变片传感器特性实验一、 实验目的：1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
2．比较半桥，全桥测量电路与单臂电桥的不同性能、了解各自的特点。
二、 基本原理：敏感元件—金属箔在外力作用下，其电阻值会发生变化。
即金属的电阻应变效应。
根据推导可以得出：l lk l l l l l l R R ∆=∆∆∆++=∆++∆=∆02121）（）（ρρμρρμ“应变效应”的表达式。
k 0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k 0受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是）（ρερ∆，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。
通常金属丝的灵敏系数k 0=2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。
通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系εσE = （4）式中 σ——测试的应力； E ——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。
通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。
电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。
单臂电桥：即应变片电阻接入电桥的一臂，测出其电阻变化值，结构比较简单，但是灵敏度较差；半桥：把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EG ε／2。
式中E 为电桥供电电压。
全桥：测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U 03＝KE ε。
基于电阻应变片的压力传感器设计
基于电阻应变片的压力传感器设计一、设计初衷：随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。
本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。
应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。
传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。
由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。
除此之外，还要设计调零电路。
二、初始条件：采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，设计时自行确定被测变量及测试范围，并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。
三、方案的选择此次传感器课程设计选用应变式拉压传感器。
设计中只要把应半片贴在承受负载的弹性元件上，通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小，而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。
故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路来提出不同的方案。
四、方案的制定1、根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮辐式，梁式，环式，柱式等。
在测量拉/压力上主要用到的是柱式传感器。
柱式传感器的弹性元件分为实心和空心两种，如图1.1所示。
（a是实心，b是空心）1.1 柱式传感器的弹性元件应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/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。
应变式传感器工作原理、结构和应用
据应力与应变的关系，得到应力值σ为
σ=E·ε
(3-13)
由此可知，应力值σ正比于应变ε，而试件应变ε正比于
电阻值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化，这就是利
用应变片测量应变的基本原理。
3.2
3.2.1 金属电阻应变片的结构 金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电
金属电阻应变片的大体结构基本相同，图3-2所示是丝 式金属电阻应变片的基本结构，由敏感栅、基片、覆盖层和 引线等部分组成。敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝 缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引
3.3 电阻应变片的特性
3.3.1 弹性敏感元件及其基本特性 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变
形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状， 这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性
弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位。它 首先把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，然后传递 给粘贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压
外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时，其电阻值相应发
如图3-1所示，一根金属电阻丝，在其未受力时，原始 电阻值为
(3-1) 式中：ρ——
l—— A——电阻丝的截面积。 图3-1 金属电阻丝应变效应
当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应 减小ΔA Δρ，从而引起电阻变化ΔR，通过对式(3-1)全微分，得电阻 的相对变化量为
半导体应变片的灵敏系数比金属丝式的高，但半导体 材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范
用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作
用下，被测对象产生应变(或应力)时，应变片随之发生相同
电阻应变片压力传感器实验报告
电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器——实验报告院系：管理学院姓名：胡阳学号：PB12214074电阻应变式传感器实验内容1、自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力，并用图示说明。
2、利用所提供的元件连接单臂电桥，桥电压由万用表给出，记下零点电压。
3、依次增加砝码，测量单臂电桥的m~U定标曲线。
有了定标曲线后，就作成了一台简易的电子秤。
提示：电子秤的量程约2公斤，请勿加载过重的物体，以免损坏应变片。
4、测量待测物体的质量。
5、连接全桥电路，重复1~3步。
6、比较电路的灵敏度。
7、实验总结数据处理:1.单臂，全桥的定标线（一）单臂电桥-52.6-52.7U/mV-52.9-53.0-53.1-53.20100200300400500m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -53.17155 0.00501B 0.00107 1.65553E-5------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99952 0.00692 6 0.0001（二）全桥：0.0530.0520.051U/V0.0490.0480100200300400500600m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.05271 2.06453E-5B -7.33992E-6 5.71108E-8------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99985 3.02908E-5 7 0.0001------------------------------------------------------------2、待测物体质量，比较两种电路灵敏度：单臂电桥：U= -53.17155 +0.00107 * m ; 待测物体电压：-52.57mV代入式子求得待测物体质量：m=562.20g全桥电路：U=0.05271 +（-7.33992E-6）* m；待测物体电压：0.0493V代入式子求得待测物体质量：m=464.58g单臂电桥S1=0.00107（mV/g）全桥电路S2=0.00734（mV/g）可知S3S2S1，即全桥电路的灵敏度高，单臂电桥的灵敏度低。
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。
金属电阻应变片的内部结构如图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，但电阻的取值范围应注意：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、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，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2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。
应变式传感器原理及应用
2. 第一对称电桥 3.第二对称电桥
1、等臂电桥 当R1=R2=R3=R4=R时，称为等臂电桥。 此时电桥输出可写为 RR1 R2 R3 R4 R1R4 R2 R3 Ug E 2R R1 R2 2R R3 R4
一般情况下，ΔRi（i=1，2，3，4）很小，即R>>ΔRi， R 略去上式中的高阶微量，并利用 式得到 : K R
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
基底2和盖片3
2 1
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置， 盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保
护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底
宽。
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
引线4
2 1
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。 对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、 抗氧化性能好、易于焊接。 大多数敏感栅材料都可制作引线。
R1 R R4 R2 R3 Ug E R1 R R2 R3 R4
设电桥各臂均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4 时,
R1 R1 R4 R4 R2 R2 R3 R3 Ug E R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4
电阻应变式传感器的基本原理、结构和应用
一、原理由欧姆定律知，对于长为、截面积为、电阻率为的导体，其电阻若、和均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，有设半径为的圆导体，=，代入上式，电阻的相对变化为因为则式中——导体的纵向应变。
其数值一般很小，常以微应变度量，1=10－6；——材料泊桑比，一般金属=0.3-0.5；——压阻系数，与材质有关；E——材料的弹性模量。
上式中，表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量；表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。
不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。
若定义导体产生单位纵向应变时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则显然，S S愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明应变片愈灵敏。
可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。
二、金属电阻应变片１.结构形式原理：对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可忽略，得：电阻丝应变片又称金属丝电阻应变片,其优点是制作方便,应变横向效应大.选用应变片时，要考虑应变片的性能参数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变极限等。
市售金属电阻应变片的电阻值已趋于标准化，主要规格有60Ω、120Ω、350Ω600Ω和1000Ω等，其中120Ω用得最多。
应变片产品包装上标明的"标称灵敏系数"，出厂时测定的该批产品的平均灵敏度系数值。
2.其他结构形式三、半导体应变片结构形式对于半导体应变片，几何尺寸变化引起的电阻变化远小于由材料电阻率变化引起的电阻变化，前者可忽略不计，可得从而可得半导体应变片灵敏度系数为半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ可达60～150，能直接与记录仪器连接而不需放大器，使测量系统简化。
此外，其横向效应小，机械滞后小和体积小。
缺点是电阻值和灵敏度的温度稳定性差。
当应变较大时，非线性严重。
由于受晶向、杂质等因素影响，灵敏度分散度大。
学习时注意观察应变片粘贴的位置及方向。
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。
应变式容器内液体重量传感器的设计【精选Word
摘要应变式容器内液体重量传感器在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
随着技术进步以及用现代电子信息技术改造传统产业的深入，其需求量日趋增加。
本文介绍利用应变片传感器电阻应变片将应变转换为电阻变化的原理和其测量灵敏度较高的特点设计一个应变式容器内液体重量传感器，感压膜感受上面液体的压力。
当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。
电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内液体重量。
关键词：应变片传感器；灵敏度；电桥；线性关系目录一、设计要求 (1)1、电阻应变片概况 (1)2、设计目的 (1)二、设计方案及其特点 (1)三、传感器工作原理 (3)四、应变式容器内液体重量传感器结构图和电路图 (4)五、电路工作原理分析和器件选择 (5)1、工作原理分析 (5)2、器件选择清单 (6)六、总结 (6)参考文献 (7)应变式容器内液体重量传感器的设计一、设计要求1、电阻应变片概况应变式物体在外部压力货拉伸作用下发生形变的现象。
当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形态的应变称为弹性应变。
应变片传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成，应变传感器工作时引起是电阻值的变化甚小，但其测量灵敏度较高。
它在力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量中得到了广泛的应用。
2、设计目的利用电阻应变片制成测量重量的传感器，用于测量容器内的液体重量。
二、设计方案及其特点针对目前电阻应变片的测量电路中直流电桥的平衡条件，电压灵敏度和非线性误差及其补偿方法的特性。
对应变式容器内液体重量传感器的设计可以分为下面两种不同的设计方案：1、方案一直接利用直流电桥的基本形式如图1所示。
R1，R2，R3，R4为桥臂，R L为负载。
图1 直流电桥在实际测量中，使第一桥臂R 1由应变片来替代，微小应变引起微小电阻的变化。
当受应变时，若应变片电阻变化为∆R 1，其他桥臂固定不变，则电桥输出电压U 0≠0。
2 应变式传感器
（三）机械滞后
它是指粘贴在试件上的应变片，在恒温条件下， 加载 加载)、 卸载 卸载)试件应变的过程 它是指粘贴在试件上的应变片，在恒温条件下，增(加载 、减(卸载 试件应变的过程 对应同一机械应变所指示应变量(输出 之差值。实用中， 输出)之差值 中，对应同一机械应变所指示应变量 输出 之差值。实用中，由于敏感栅基底和粘结 剂材料性能，或使用中的过载、过热，都会使应变片产生残余变形， 剂材料性能，或使用中的过载、过热，都会使应变片产生残余变形，导致应变片输 出的不重合。这种不重合性用机械滞后(zj)来衡量 来衡量。 出的不重合。这种不重合性用机械滞后 来衡量。
2.1.2 金属应变片的主要特性
（一）灵敏度系数 （二）横向效应 （三）机械滞后 （四）零点漂移和蠕变 （五）应变极限
（一）灵敏度系数
当具有初始电阻值的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变， 当具有初始电阻值的应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起的表面应变，将传递 给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化。实验证明，在一定的应变范围： 给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对变化。实验证明，在一定的应变范围：
第二章 应变式传感器
（电阻）应变式传感器基本上是利用金属（或半导体）的电阻应 电阻）应变式传感器基本上是利用金属（或半导体） 变效应将被测量转换为电量（电压或电流）输出的一种传感器。 变效应将被测量转换为电量（电压或电流）输出的一种传感器。
传感元件有金属应变片、半导体膜片、电位器等。 传感元件有金属应变片、半导体膜片、电位器等。由它们分别制 成了金属应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等。 成了金属应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等。
金属箔式应变片
在绝缘基底上，将厚度为 电阻箔材， 在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制 ～ 电阻箔材 板或光刻腐蚀的方法， 板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状
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应变片式加速度传感器
姓名：
学号：
院（系）：电气工程学院
专业名称：电气工程及其自动化班级：电气2（专升本）
2015年5月20日
说明书摘要
通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。
其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3) 硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。
应变片式加速度传感器通过敏感栅将低频运动物体的加速度转化为应变片的应变，引起电桥桥臂电阻的变化，经过温度补偿、放大后输出加速度信号。
其特点为应变片式加速度传感器具有体积小、低功耗、结构简单、抗干扰能力强、运行稳定、经济性好。
摘要附图应变式加速度传感器示意图
权利要求书
1、通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。
其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3 )硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。
电桥采用直流12V电源供电，采用稳压的直流电源供电，运放器采用双电源供电，电源电压为±12V。
2、加速度传感器的敏感轴检测输入加速度，并将其作用转换为电阻应变片阻值的变化，通过变送电路，将这种变化转换为对应的电压输出，从而达到测量加速度的目的。
传感器的主要量程：±20g；输出：0～5V；零位输出：2.5V，用应变片测量的应变是通过测量敏感栅的电阻相对变化来得到。
应变片灵敏度系数很小（K≈2），而机械应变一般在10με～3000με之间（有时也可达到6000με），电阻相对变化是很小的，需要采用差动电桥。
当悬臂梁发生形变时，应变片的电阻值发生改变，全桥式布片应变引起应变片电阻的变化，从而达到测量振动加速度的目的。
当悬臂梁受到加速度作用时，其自由端必将发生位移，通过计算得到加速度—电压的转换关系。
3 应变片由于温度的变化所引起电阻的变化与弹性敏感元件所造成的
电阻变化几乎有相同的数量级，为克服温度的影响和测量精度。
我采用双金属敏感栅自补偿应变片来补偿温度的变化。
测量放大器由三个运算放大器组成，分阻抗变换和增益变换两级。
说明书
基于应变片式的加速度传感器
技术领域
应变式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域背景技术
将应变片式加速度传感器，应用到汽车的高速运行保驾系统当中，对汽车在高速运行时的加速度进行实时监测，如有意外状况出现，汽车将自动启动保驾系统防止汽车侧翻等功能。
机械振动带动传感器的质量块振动，于是他们有共同的加速度 a。
然后根据公式 F=ma，把加速度的变化转为力的变化。
力作用在悬臂梁上使梁横向拉长或压缩，从而带动应变片电阻进行变化。
应变片受拉，电阻增大，应变片受压，电阻减小。
再通过电桥把位移的变化转为电压的变化，通过电压表测出相应被放大的电压信号，当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，力的变化则会与被测加速度成正比，从而就可以得到相应的加速度。
发明内容
用应变片测量应变是通过测量敏感栅的电阻相对变化来得到的。
应变片灵敏度系数K≈2，机械应变一般在10με～3000με之间（有时也可达到6000
με），所以电阻相对变化是很小。
然后用差动电桥电路来精确的测量这种微弱的变化。
在悬臂梁的正反两面各粘贴两片应变片，一边受拉，一边受压，工作时将两个应变片接入电桥相领臂内，四片应变片的阻值相等（附图2），记为R1=R2=R3=R4=R，且相邻应变片的电阻值变化相反，悬臂梁发生形变时，应变片的电阻值发生改变，记为△R，那么桥臂上的电阻值变为R1=R+△R，R2=R-△R，R3=R+△R，R4=R-△R。
应变引起应变片电阻的变化，通过差动电桥电路测出阻值的改变，对等截面梁应变片处的应变与物体运动加速度之间的关系，应变值与悬臂端位移成正比，应变片电阻值的变化也正比于端部的位移，由输出电阻的变化引起输出电压改变，输出电压与输入加速度采用全桥电路可以得到振动加速度a与输出电压U0之间的线性关系，从而达到测量振动加速度的目的。
本发明的有益效果为：
应变片式加速度传感器具有体积小、低功耗、经济性好、结构简单、易于维修等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
电阻应变式加速度传感器是弹性板受振动力作用产生应变，通过应变电桥的输出信号进行测量。
电阻应变式加速度传感器具有低频特性好和较高的性价比，应用于振动测量领域内。
应变片式加速度传感器的机械结构采用金属制悬臂梁，提高了耐用性和稳定性。
在其根部的上下两对称面
上各粘贴两对半导体应变计。
当悬臂梁自由端的惯性质量受到振动产生加速度时，梁受弯曲而产生应力，使四个电阻发生变化，使其提高了抗噪声、光源的干扰能力。
附图说明
图1 金属电阻应变丝结构
图2电桥电路结构示意图；
图3为测控电路图示意图；
图4应变式加速度传感器示意图
图5应变式加速度传感器的数学模型
图6电路系统图块
附图标识：（1）惯性质量块（2）应变量 (3 ) 硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
应变片或通过半导体加工技术将具有压阻效应的原料附着在悬接质量块的膜片或悬臂梁上，由于受到加速度的作用，膜片和悬臂梁发生弯曲变形，
应变材料受到拉或压应力后电阻发生变化。
应变片式加速度传感器，为了克服由于温度、各维间的互相耦合及其他噪声输入，通常将四个单独的敏感元件以惠斯通电桥（图2）方式连接，从输出的信号中提取加速度信息。
接下来就可以直接接差分仪表放大器到处理电路，进而得到相应的数显值。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
说明书附图图1 金属电阻应变丝结构
图2电桥电路结构示意图
图3为测控电路图示意图
图4应变式加速度传感器示意图
附图5应变式加速度传感器数学模型
图6电路系统图块。