第3章 电阻式传感器原理及其应用
电阻式传感器教学课件
电阻式传感器的电路设 计
电阻式传感器的电路设计需 要考虑电容、电感和放大器 等元件的选型和组合，以提 高传感器的性能和稳定性。
电阻式传感器的材料选 择和封装设计
电阻式传感器的材料选择和 封装设计对传感器的灵敏度 和耐用性有重要影响，需要 根据具体应用需求进行优化。
第五部分：案例分析
1
照度传感器的设计和应用
电阻式传感器的分类
根据应用领域和测量目标的不同，电阻式传感器可以分为温度传感器、湿度传感器、光敏传 感器等多个类别。
电阻式传感器的工作原理
电阻式传感器通过测量材料电阻的变化来间接测量物理量，如温度、湿度、压力等，其原理 基于材料的电导率随物理量变化而变化。
第二部分：电阻式传感器的应用
温度传感器
温度传感器是电阻式传感器的常 见应用之一，广泛用于家电、汽 车和气象等领域，为温度监测提 供准确数据。
电阻式传感器教学课件PPT
这是一份关于电阻式传感器的教学课件PPT，通过简要的概述、实际应用和设 计制作等几个部分，系统介绍了电阻式传感器的基本概念、原理、应用和制 作过程。
第一部分：概论
什么是电阻式传感器
电阻式传感器是一种基于电阻变化来检测和测量物理量的传感器，广泛应用于工业自动化和 科学研究领域。
照度传感器
照度传感器基于光敏电阻原理， 可测量环境中的光照强度，被广 泛应用于自动照明控制和摄影设 备中。
气体传感器
气体传感器采用特定材料的电导 率随气体浓度变化的特性，用于 检测和测量空气中的有毒气体或 可燃气体。
第三部分：常见电阻式传感器
1 电位器
电位器是一种通过滑动触点改变电阻值的传感器，常用于电子设备中的电压和位置调节。
2 热电阻
电阻式传感器的原理和应用
电阻式传感器的原理和应用一、引言电阻式传感器是一种常用的传感器，根据电阻值的变化来检测并测量环境中的物理量。
它可以通过改变电流、电压或物体的位置来改变电阻值，并将这些变化转化为电信号进行测量和控制。
电阻式传感器广泛应用于工业自动化、汽车、电子设备、医疗仪器等领域，本文将介绍电阻式传感器的原理和应用。
二、电阻式传感器的原理电阻式传感器的原理是基于电阻值的变化来测量物理量。
常见的电阻式传感器包括拉压型传感器、温度传感器、位移传感器等。
2.1 拉压型传感器拉压型传感器是通过改变物体所受力大小来改变电阻值。
当物体受到外力作用时，传感器内部的电阻值会随之变化。
利用这种原理，可以测量物体所受的力大小。
拉压型传感器广泛应用于重力感应、压力测量、体重测量等方面。
2.2 温度传感器温度传感器是通过改变物体的温度来改变电阻值。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等。
温度传感器可以根据电阻值的变化来测量物体的温度。
在汽车、电子设备、气象等领域都有广泛的应用。
2.3 位移传感器位移传感器是通过改变物体的位置来改变电阻值。
常见的位移传感器包括线性变阻器、电位器、差分电容传感器等。
位移传感器可以根据电阻值的变化来测量物体的位置，广泛应用于机械控制、自动化等领域。
三、电阻式传感器的应用电阻式传感器具有广泛的应用领域，以下列举了几个常见的应用场景：•工业自动化：电阻式传感器可以用于测量压力、温度、流量等工业参数，实现工业过程的自动化控制。
•汽车行业：电阻式传感器在汽车中的应用十分广泛，用于测量水温、油位、气压等参数，保证汽车的安全运行。
•智能家居：电阻式传感器可以应用于智能家居系统中，通过测量温湿度、烟雾等参数，实现家居设备的智能控制。
•医疗仪器：电阻式传感器在医疗仪器中的应用主要体现在体温计、血压计、心电仪等设备中，实现对人体健康状况的监测和测量。
•环境监测：电阻式传感器可以用于环境监测领域，例如测量大气压力、土壤湿度等参数，用于气象、农业等研究。
第3章电阻应变式传感器
RtR(S12)t
由上式可知，温度变化Δt以后，电阻丝会 产生附加电阻ΔRt。为了消除温度的影响，提 高测量精度，必须进行温度补偿。
（二）温度补偿
1. 桥路补偿法
1) 补偿片法
根据电桥的和差特性，电
桥 的工中作若应R1变是片粘，贴
在试件上 RB作为补
偿片，粘贴在与试件材料
相同、温度相同但不受力
输出输入有对应关系，且应有一定的精 确程度。
传感器的组成
以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例
组成
辅助电源
被测量
敏感元件
传感元件
信号调节转换电路电量
传感器的分类
传感器的分类方法有许多种，从传感 器的工作机理来说，可分为物理型、化 学型、生物型等。
本课程主要讲的是物理型传感器， 因此下面我们列表将物理型传感器的各 种分类情况进行介绍。
§3-2 半导体应变片
一、压阻效应
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料 的压阻效应。所谓压阻效应，是指单晶半导 体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻 率ρ发生变化的现象。
半导体应变片的电阻变化可由下式表示：
R(12)
R
—电阻率
R(12)
R
半导体应变片电阻率变化引起的Δρ/ρ远大于由几何 变形引起的(1+2μ)ε，其电阻变化率为：
半桥
半桥单臂
U0
1 4
RU R
半桥双臂
U0
1 2
RU R
全桥
R U0 R U
U0
S桥
RU R
dRS
R
即R S
R
U0 S桥S
讨论
1) 电桥接法与电桥灵敏度的关系： S半桥单臂：S半桥双臂：S全桥=1：2：4
电阻式传感器的应用及原理
电阻式传感器的应用及原理1. 介绍电阻式传感器是一种常见的传感器类型，它利用物体的电阻变化来检测环境、物体或系统的不同参数。
电阻式传感器使用简单、成本低廉，并且在各种应用领域有着广泛的应用。
2. 原理电阻式传感器的原理基于电阻的变化。
当物体参数发生变化时，电阻值也会相应变化。
这种物理参数可以是温度、湿度、压力、光照等等。
通过测量电阻的变化，我们可以获取到目标参数的信息。
3. 主要类型电阻式传感器主要分为以下几种类型：3.1 温度传感器温度传感器是一种常见的电阻式传感器。
它利用物体的温度变化来改变电阻值。
温度传感器可广泛应用于温度监测与控制领域，例如工业过程控制、家电温度控制、气象观测等。
3.2 压力传感器压力传感器是另一种常见的电阻式传感器。
它通过测量物体受到的压力来改变电阻值。
压力传感器可广泛应用于工业领域、汽车制造、航空航天等。
3.3 光敏传感器光敏传感器利用光照强度的变化来改变电阻值。
它广泛应用于自动照明系统、摄影测量、机器人视觉等领域。
3.4 湿度传感器湿度传感器利用湿度的变化来改变电阻值。
它可广泛应用于农业、气象观测、温度湿度控制等领域。
4. 应用领域电阻式传感器在各个领域有着广泛的应用，下面列举了几个常见的应用领域：•工业自动化：电阻式传感器可用于检测温度、压力、液位等参数，实现自动化控制。
•医疗设备：电阻式传感器可用于监测血压、体温等生命体征参数，提供医疗诊断和治疗支持。
•环境监测：电阻式传感器可用于测量大气湿度、空气质量、噪音等环境参数，用于环境监测和治理。
•汽车制造：电阻式传感器可用于汽车发动机控制、制动系统、气囊等，提供驾驶辅助和安全支持。
5. 优缺点电阻式传感器具有以下优点和缺点：5.1 优点•成本低廉：电阻式传感器的制造成本相对较低，适用于大规模应用。
•可靠性高：电阻式传感器结构简单，使用寿命长。
•易于使用：电阻式传感器通常可以直接与微控制器或其他电子设备连接，方便集成和使用。
传感器原理及应用教程专用学习教案
传感器原理及应用教程专用学习教案一、教学内容本教案基于《传感器原理及应用》教材第3章“电阻式传感器”和第6章“光电传感器”，详细内容包括：1. 电阻式传感器的原理、类型及应用；2. 光电传感器的原理、类型、特性及应用实例。
二、教学目标1. 理解并掌握电阻式传感器和光电传感器的工作原理；2. 学习并了解不同类型的电阻式传感器和光电传感器的特点及应用；3. 培养学生的动手操作能力，学会使用传感器进行数据采集。
三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器工作原理的理解，传感器类型及应用的选择；2. 教学重点：电阻式传感器和光电传感器的原理及其在实际应用中的使用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、实验设备（电阻式传感器、光电传感器、数据采集卡等）；2. 学具：笔记本、实验报告、传感器模块。
五、教学过程1. 引入实践情景：介绍传感器在生活中的应用，如智能家居、工业生产等；2. 理论讲解：a. 电阻式传感器原理、类型及应用；b. 光电传感器原理、类型、特性及应用实例；3. 例题讲解：讲解传感器在实际应用中的计算和数据处理；4. 随堂练习：让学生针对所学内容进行计算和分析；5. 实验操作：a. 安装并调试电阻式传感器和光电传感器；b. 使用数据采集卡进行数据采集；c. 数据处理和分析；六、板书设计1. 电阻式传感器原理、类型及应用；2. 光电传感器原理、类型、特性及应用实例；3. 实验结果展示。
七、作业设计1. 作业题目：a. 简述电阻式传感器和光电传感器的工作原理；2. 答案：见附件。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：a. 探索其他类型的传感器原理及应用；b. 了解传感器在物联网、智能制造等领域的应用；c. 鼓励学生参加传感器相关的竞赛和实践活动，提高实际操作能力。
重点和难点解析：1. 教学难点：传感器工作原理的理解；2. 教学重点：电阻式传感器和光电传感器的原理及其在实际应用中的使用；3. 实验操作：安装并调试电阻式传感器和光电传感器；4. 作业设计：简述电阻式传感器和光电传感器的工作原理及列举应用。
电阻传感器的应用与原理
电阻传感器的应用与原理1. 什么是电阻传感器？电阻传感器（Resistive Sensor）是一种测量物理量的传感器，它通过测量电流通过的电阻值来获得所需的物理量信息。
电阻传感器可以用于测量温度、压力、位移等各种物理量，并将其转换为电阻值。
2. 电阻传感器的原理电阻传感器的原理基于物质的电阻效应。
物质的电阻取决于其电导率和几何形状。
当物理量发生变化时，电阻传感器中的物质的电导率或几何形状也会发生变化，从而导致电阻值的变化。
3. 电阻传感器的应用领域电阻传感器广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用领域：•温度监测与控制：电阻温度传感器（RTD）可以测量各种温度范围内的温度变化，从而广泛应用于温度监测与控制系统中。
•液位检测：通过根据液体浸没电阻传感器的长度来检测液体的液位变化，电阻传感器可用于液位检测。
•压力测量与控制：通过测量电阻传感器的电阻值变化，可以获得介质中的压力信息，从而实现压力测量与控制。
•位移测量：通过量测电阻传感器调节杆或拉丝机构的位移，可以测量物体的位移。
4. 电阻传感器的分类根据电阻传感器的工作原理和结构，可以将其分为以下几类：4.1 电阻锰线传感器电阻锰线传感器是一种常见的电阻传感器，它通过使用锰铜合金线作为感应元件来测量电流的大小。
锰线具有高温系数的特性，可用于温度测量和控制应用。
4.2 电阻应变传感器电阻应变传感器利用应变片的应变效应来测量物体的应变变化。
应变片是一种金属或半导体薄片，当物体受到力或压力时，应变片的几何形状会发生变化，导致电阻值的变化。
这种传感器在力学和工程领域中得到广泛应用。
4.3 电阻温度传感器电阻温度传感器通过使用金属电阻材料，如铂，来测量温度的变化。
随着温度的升高，金属电阻的电阻值也会发生变化。
这种传感器被广泛应用于温度测量和控制领域。
4.4 其他类型的电阻传感器除了上述列举的电阻传感器类型，还有很多其他类型的电阻传感器，如湿度传感器、气体传感器等。
电阻式传感器原理和应用
• 变阻器式传感器 • 工作原理
1
2
• 测量电路
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电阻应变式传感器 工作原理
1)金属电阻应变片
金属电阻应变片旳构造 (a)丝式(b)箔式
4
• 1)金属电阻应变片
假设一根长度为L横截面积为A电阻率为ρ，则电阻R为 当受到应变作用，L、A和ρ都会发生变化，使得R产生旳相对变化为
设金属旳截面半径为r,则有
5
根据材料力学理论，对于受拉压得圆杆有
其中：ε---所承受旳应变 μ---材料旳泊松比
σ---轴向应力
λ---材料旳压阻系数
E---材料旳弹性模量
带入原式有
6
2)半导体应变片
体型半导体应变片旳构造 1—引线；2—半导体片；3—基片
测量电路
直流电桥电路 (1)平衡条件
薄膜型半导体应变片旳构造 1—锗油油量表电路
22
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几种电阻应变式传感器旳原理示意图 (a)位移传感器(b)加速度传感器(c)力传感器
(d)扭矩传感器(e)压力传感器
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• 翼片式空气流量计
图4.16 翼片式空气流量计旳构造
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图4.19 翼片式空气流量计电路原理
图4.20 翼片式空气流量计旳工作原理
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线性输出型 节气门位置传感器 构造与输出特征 (a)构造构成(b)输出特征
全差动电桥电路 若是在同一试件上分别粘贴四片应变片，其中两片受拉力，两片受压力
将两个应变符号相同旳应变片接在相同旳桥臂上，则构成全差动电桥。 采用全差动电桥旳输出电压是用单应变片工作电桥敏捷度旳四倍，是半
差动电桥旳两倍。
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电阻式传感器在汽车上旳应用
• 汽车上旳电阻式传感器主要有翼片式空气流 量计、节气门位置传感器、半导体压阻式进 气压力传感器、加速踏板位置传感器、安全 气囊中央碰撞传感器、可变电阻式液位传感 器等。
电阻式传感器基本原理和应用
电阻式传感器基本原理和应用电阻式传感器种类繁多，应用广泛，其基本原理就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。
1.变阻器式传感器通过转变电位器触头集团，把位移转换为电阻的变化。
R=σι/A灵敏度的计算方法。
变阻器式传感器的后接电路一般采纳电阻分压电路，将电阻的变化量转化为电压输出。
优点：结构简洁，性能稳定，使用便利。
但是辨别率低，有噪声。
缘由：电阻丝绕制不匀称，灰尘的影响，电刷接触不良。
电阻应变片式传感器。
2.金属电阻应变片1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生气械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。
2) 应变片的基本结构及测量原理1、3粘合层2、基底4、盖片5、敏感栅6、引出线电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的。
为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基底上。
电阻丝的两端焊接引线。
敏感栅上面粘贴有爱护作用的掩盖层。
应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。
弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。
若通过弹性体或试件把位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换成应变，则可测量上述各量，而做成各种应变式传感器。
3.半导体应变片工作原理：基于半导体材料的压阻效应，即单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。
一般在压力、温度、光辐射作用下，其电阻率发生很大的变化。
该类型的应变片灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小。
但是温度稳定性差，非线性误差大。
4.电阻应变片的应用举例（1）直接用来测定结构的应变或应力。
（2）将应变片贴于弹性元件上，作为传感器使用。
留意：动态测量中，应变片的上限测量频率应在电桥激励电源频率的1/5到1/10以下。
《传感器与检测技术(第2版)》胡向东第3章剖析
，该值应该为nV/℃级； 较高的共模抑制比； 符合测量信号的频带范围，即带宽。
3.2 测量电路
3.2.1 直流电桥
B
Io
1. 直流电桥平衡条件
R1 A
当RL→∞时，电桥输出电压为： R3
又有新的增量ΔR’1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故不产生 新的增量， 此时电桥输出电压为 ：
U0 g ( R1 R1)R4 R2 R3 g R1 R4 g (R1K )R4
可见：电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关，而与环
境温度无关。
注意补偿条件：
① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、 线膨胀系数β、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件 材料必须一样，两者线膨胀系数相同。
推得：
dR
d
R (1 2)
定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单位应 变所引起的电阻相对变化量。其表达式为
dR
d
K R 1 2
K R 1 2
R
灵敏度系数K受两个因素影响
一是应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2μ
二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即
（∆ρ/ρ）/ε。 对金属材料：1+2μ＞＞(∆ ρ/ρ)/ε 对半导体材料：(∆ ρ/ρ)/ε＞＞1+2μ
3.1 工作原理
应变
物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象
弹性应变
当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的 应变
电阻式传感器原理
电阻式传感器原理详解引言电阻式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗设备等领域。
它通过测量电阻值的变化来获取被测量物理量的信息。
本文将详细解释电阻式传感器的基本原理，包括其工作原理、构成和应用。
1. 电阻式传感器的工作原理电阻式传感器是利用被测量物理量对电阻值产生影响的原理工作的。
当被测量物理量发生变化时，导致了电阻值的变化，从而可以通过测量电阻值来获取该物理量的信息。
2. 电阻式传感器的构成一个典型的电阻式传感器通常由以下几个主要部分组成：2.1 敏感元件敏感元件是电阻式传感器中最关键的部分，它直接受到被测量物理量的影响，并产生相应的电阻变化。
根据不同的物理量，敏感元件可以采用不同类型的材料和结构设计。
2.2 悬臂结构悬臂结构是一种常见的敏感元件结构，它由一个固定端和一个自由端组成。
自由端会受到被测量物理量的作用而发生位移，从而导致电阻值的变化。
2.3 电阻材料电阻材料通常涂覆在敏感元件上，用于改变电阻值。
常用的电阻材料有金属薄膜、碳膜等。
2.4 输出电路输出电路用于测量和处理敏感元件的电阻变化，并将其转换为可读取或可传输的信号。
常见的输出电路包括电压分压器、桥式电路等。
3. 电阻式传感器的工作原理解析了解了电阻式传感器的构成后，我们可以更深入地理解其工作原理。
当被测量物理量发生变化时，例如温度、压力、光照强度等，这些变化会直接或间接地影响到敏感元件。
以温度传感器为例，当温度升高时，敏感元件中的材料会膨胀，导致悬臂结构发生位移。
这个位移会使得涂覆在敏感元件上的电阻材料发生形变，从而改变电阻值。
接下来，输出电路会将敏感元件的电阻变化转换为可读取或可传输的信号。
例如，当使用电压分压器作为输出电路时，它会将敏感元件的电阻与一个已知电阻串联连接，形成一个简单的电压分压器。
根据分压原理，当输入电阻值发生变化时，输出电压也会相应改变。
最后，我们可以通过测量输出电路的信号来获取被测量物理量的信息。
电阻式传感器
所谓指示应变ε指是指经过校准 的应变仪的应变读数，它是与应变片 的ΔR/R相对应的。真实应变ε真是 应变片的实际应变值。
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图3-6 应变片的应变极限
第3章 电阻式传感器
一般情况下，影响应变极限大小的主要因素是 粘合剂和基底材料的性能。如使用过期的粘合剂， 因粘合剂与基底材料固定不充分，胶层与基底太厚 等，都会使应变极限达不到要求。
弹性模量是物质所具有的一种属性，它表示 某种材料反抗形变的能力。
物体单纯受张应力或压应力作用时，其应力与 应变的比值称为杨氏模量。 E F S Fl
l l Sl 14
第3章 电阻式传感器
电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变
Hale Waihona Puke 化的现象称为金属的电阻应变效应。
（3-1）
式中：ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度； A ——电阻丝的截面1积6
第3章 电阻式传感器
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，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，为 研究电阻值的变化，将（3-1）式取自然对数：
ln R ln ln L ln A
dr dL
r
L
（3-4）
μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示轴向和径向应变方向相反
(dL为正时，dr为负）。
18
第3章 电阻式传感器
将 dA 2 dr 2 、 dL
Ar
L
代入
dR dL dA d
R LA
得
dR (1 2) d
R
（3-5）
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第3章 电阻式传感器
或
dR R (1 2) d
《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。
电阻是传感器的原理与应用
电阻是传感器的原理与应用一、电阻的基本概念电阻是电流通过时，阻碍电流通过的物理量。
它是导体材料的一种固有属性，用符号R表示，单位是欧姆（Ω）。
电阻的大小取决于导体材料的电阻率和几何形状。
二、电阻传感器的原理电阻传感器是使用电阻变化来测量和检测环境条件或物理量的传感器。
一般来说，它由电阻元件和外部电路组成。
1.电阻元件：电阻传感器的核心是一种变阻器。
变阻器是一种电阻可以根据外界因素调整的元件。
当外界条件或物理量发生变化时，电阻元件的电阻值也会发生相应的变化。
2.外部电路：电阻元件与外部电路相连，形成一个电路系统。
外部电路一般包括电源、测量电路和控制电路等。
通过测量电路来测量电阻值的变化，并将其转化为与物理量相关的电信号。
控制电路可以对测量结果进行处理和控制。
三、电阻传感器的应用电阻传感器广泛应用于各个领域，以下列举了几个常见的应用场景和实例：1.温度传感器：电阻传感器可以根据温度的变化来改变电阻值。
常见的温度传感器是热敏电阻。
当温度上升时，热敏电阻的电阻值降低，可以通过测量电阻值的变化来测量温度。
2.压力传感器：电阻传感器可以根据压力的变化来改变电阻值。
常见的压力传感器是电阻应变式压力传感器。
当受到压力作用时，电阻应变片会发生形变，导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化可以测量压力。
3.光敏传感器：电阻传感器可以根据光的强度的变化来改变电阻值。
常见的光敏传感器是光敏电阻。
当光照强度发生变化时，光敏电阻的电阻值也会发生变化。
通过测量电阻值的变化可以测量光的强度。
4.湿度传感器：电阻传感器可以根据湿度的变化来改变电阻值。
常见的湿度传感器是湿敏电阻。
当湿度发生变化时，湿敏电阻的电阻值也会随之变化。
通过测量电阻值的变化可以测量湿度。
四、总结电阻传感器通过电阻值的变化来测量和检测环境条件或物理量。
它主要由电阻元件和外部电路组成。
电阻传感器在温度测量、压力测量、光强测量和湿度测量等方面有着广泛的应用。
随着科技的进步，电阻传感器的应用领域将会不断扩展和创新，为人们的生活和工作带来更多便捷和精准的测量和检测方式。
第3章 电阻应变式传感器
通常采用全等臂形式工作，即Rl＝R2＝R3＝R4(初始值)。 且当四个桥臂均为应变片时,其相应的电阻变化为
∆R1 , ∆R2 , ∆R3和∆R4
UI 这样式(3-3)可变为： U 0 = 4
例：半桥测量时进行温度补偿。测量下图中的试件时，采用两片型号、 初始电阻值和灵敏度都相同的应变片Rl和R2。Rl贴在试件的测试点上，R2 贴在试件的应变为零处，或贴在与试件材质相同的不受力的补偿块上。 Rl和R2处于相同的温度场中，并接成双臂电桥(相邻臂)形式。当试件受 力并有温度变化时，应变片Rl的电阻变化率为： ∆R1/R1=∆R1e/R1e+∆R1t/R1 式中：∆R1e/R1e——R1由应变引起的电阻变化率； ∆R1t/R1——Rl由温度引起的电阻变化率。 应变片R2(温度补偿片)的电阻变化率为：∆R2/R2=∆R2e/R2e
如半导体硅，πL=(40～80)×10-11m2/N， E=1.67×1011N/m2，则k0=πLE＝50～100。显然半导 体电阻材料的灵敏系数比金属丝的要高50～70倍。
二、结构特点
1、体形半导体应变片 条状半导体单晶硅或锗。 2、扩散性半导体应变片 最常用的半导体电阻材料有硅和锗，掺入杂质可 形成P型或N型半导体。 注意事项： 注意事项：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)。
3-2金属电阻应变式传感器
一、电阻应变效应：假设金属应变片金属丝的长度为L，截面积为A、半 径为r、电阻率为ρ，则金属丝的初始电阻R可表示为：
电阻式传感器
第三章 电阻式传感器 在众多传感器中，有一大类是通过电阻参数的变化来达到非电量电测量的目的，它们被统称为电阻式传感器。
这是一种将被测信号的变化转换成电阻值变化，然后再经相关测量电路处理后，在终端仪器、仪表上显示或记录下被测量变化状态的测量装置。
利用电阻式传感器可进行位移、形变、力、力矩、加速度、温度、湿度等物理量的测量。
由于各种电阻材料在受到被测量作用时转换成电阻参数变化的机理各不相同，因而在电阻式传感器中就形成了许多种类。
本章主要介绍电阻应变片式传感器，气敏、湿敏电阻传感器等，其他的电阻式传感器（如热电阻，热敏电阻）将在以后的章节中介绍。
第一节 电阻应变片式传感器电阻应变片式传感器具有悠久的历史，也是目前应用比较广泛的传感器之一。
将电阻应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，加上相应的测量电路后就可以检测位移、加速度、力、力矩等参数变化。
电阻应变片是电阻应变片式传感器的核心器件。
这种传感器具有结构简单、使用方便、性能稳定可靠，易于自动化、多点同步测量、远距离测量和遥测等特点，并且测量的灵敏度，速度都很高，无论是静态测量还是动态测量都很适用，因此在机械、电力、化工、建筑、医疗、航空等领域都得到了广泛的应用。
一、电阻应变片的结构、工作原理１畅应变片结构与类型电阻应变片（简称应变片）的结构形式各异，但其结构组成与图３－１给出的电阻丝式应变片的结构基本相同。
图中L为应变片的标距（或称工作基长），它是敏感栅沿轴向测量变形的有效长度；b为敏感栅的宽度（或称基宽）。
图３－１ 电阻丝式应变片基本结构１—基底 ２—敏感栅 ３—覆盖层 ４—引线应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。
金属片又有丝式、箔式、薄膜式之分。
图·42·３－２列举了几种不同类型的电阻应变片。
其中金属丝式应变片使用最早最多，它有纸基型、胶基型两种。
因其制作简单、性能稳定、价格低廉、易于粘贴而被广泛使用。
箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺，将电阻箔片在绝缘基片上制成各种图案而形成的应变片，其厚度通常在０畅００１～０畅０１ｍｍ之间。
电阻式传感器原理及其应用
3.1.3电阻应变式传感器的测量电路
电阻应变式传感器的测量电路按照工作电源分为 直流电源测量电路和交流电源测量电路两种。 （1）直流电桥电路 ➢ 直流电桥电路是由连接成环形的四个桥臂组成的， 每个桥臂上是一个电阻，分别为R1、R2、R3及R4， 他们可全部或部分是应变片。
➢U为电源电压，给电桥供电， 为负载电阻。 当 →∞时，可求得电桥输出电压为：
由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 传感器的工作原理
电阻应变式传感器是根据电阻应变效应的原理制 成的，将测量物体的变形转换成电阻的变化。主要用 于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测中， 其应用最为广泛的形式是电阻应变片。
➢当 时，电桥处于平衡状态，此时电桥无 输出，则有：
➢当
时，称为电桥的平衡条件。
这说明欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比
箔式应变计的主要特点：
①工艺上，它能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀。大 批量生产时，电阻值一致性好，离散程度小。
②箔式应变计的敏感栅的横截面积为矩形，表面积和 截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大， 灵敏度系数较高。
③箔式应变计比丝式应变计厚度薄，其厚度一般为 0.003~0.01mm，由于它的厚度薄，具有较好的可 绕性，因此可以根据需要制成任意形状的敏感栅 （即应变花）和微型小基长（如基长为0.1mm）， 有利于传递变形。
④由于箔式应变计的特殊工艺，适合批量生产，且生 产效率高。
金属薄膜应变片 ：薄膜，一般指厚度不超过 0.1μm的膜。金属薄膜应变片是采用真空蒸 镀、沉积或溅射式阴极扩散等方法按规定图 形制成的掩膜版，在很薄的绝缘基底材料上 制成一层金属电阻材料薄膜以形成敏感栅， 再加上保护层而制成。
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3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
3.1.2 电阻应变片的结构和分类
（1）电阻应变片的结构 ） 电阻应变片又称为电阻应变计， 电阻应变片又称为电阻应变计，它的结构 形式较多，但其主要组成部分基本相同， 形式较多，但其主要组成部分基本相同，是由 基底、敏感栅和覆盖层等组成。 基底、敏感栅和覆盖层等组成。
（1）敏感栅——实现应变到电阻转换的敏感元件。 ）敏感栅 实现应变到电阻转换的敏感元件。 实现应变到电阻转换的敏感元件 通常由直径为0.015～0.05mm的金属丝绕成栅 通常由直径为 ～ 的金属丝绕成栅 或用金属箔腐蚀成栅状。 状，或用金属箔腐蚀成栅状。 为保持敏感栅固定的形状、 （2）基底 ）基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位 为保持敏感栅固定的形状 置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基 底上。基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。 底上。基底必须很薄，一般为 ～ 。 （3）引线 ）引线——起着敏感栅与测量电路之间的过渡连 起着敏感栅与测量电路之间的过渡连 接和引导作用。通常取直径约0.1～ 接和引导作用。通常取直径约 ～0.15mm的 的 低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。 低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。 用纸、 （4）盖层 ）盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护 用纸 起着防潮、防蚀、防损等作用。 层，起着防潮、防蚀、防损等作用。 制造应变计时， （5）粘结剂 ）粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和 制造应变计时 敏感栅固结于基底，使用应变计时， 敏感栅固结于基底，使用应变计时，用它把应 变计基底粘贴在试件表面的被测部位， 变计基底粘贴在试件表面的被测部位，它也起 着传递应变的作用。 着传递应变的作用。
3.1.3电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式传感器的测量电路
电阻应变式传感器的测量电路按照工作电源分为 直流电源测量电路和交流电源测量电路两种。 直流电源测量电路和交流电源测量电路两种。 （1）直流电桥电路 ） 直流电桥电路是由连接成环形的四个桥臂组成的， 直流电桥电路是由连接成环形的四个桥臂组成的， 每个桥臂上是一个电阻，分别为R 每个桥臂上是一个电阻，分别为 1、R2、R3及R4， 他们可全部或部分是应变片。 他们可全部或部分是应变片。
若当桥臂接入两个应变片， 若当桥臂接入两个应变片，若接入的两个应 变片关于桥路输出端对称， 变片关于桥路输出端对称，且这两个应变片 在工作时所产生电阻增量大小相等符号相反， 在工作时所产生电阻增量大小相等符号相反， 此时电桥输出电压变化为： 此时电桥输出电压变化为：
桥路输出端对称电桥电路图。 桥路输出端对称电桥电路图。
在单臂工作状态下，电桥的输出电压变化为： 在单臂工作状态下，电桥的输出电压变化为：
把电桥平衡条件 R1 R3 = R2 R4 代入上式化简， 代入上式化简， 并忽略高阶无穷小量得： 并忽略高阶无穷小量得：
对称电桥： 对称电桥：对称电桥在满足电桥平衡的条件 下可分为两种。 下可分为两种。 桥路输出端对称电桥。 ①桥路输出端对称电桥。满足条件 当接入桥臂的四个电阻只有一个为应变片时， 当接入桥臂的四个电阻只有一个为应变片时， 电桥的输出电压变化为： 电桥的输出电压变化为：
U为电源电压，给电桥供电， 为负载电阻。 为电源电压，给电桥供电， 为负载电阻。 为电源电压 当 →∞时，可求得电桥输出电压为： 时 可求得电桥输出电压为：
电桥处于平衡状态， 当 时，电桥处于平衡状态，此时电桥无 输出，则有： 输出，则有： 称为电桥的平衡条件。 当 时，称为电桥的平衡条件。 这说明欲使电桥平衡， 这说明欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比 值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。 值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。
常用金属电阻丝材料的性能： 常用金属电阻丝材料的性能：
几种常用的国产应变片的技术数据： 几种常用的国产应变片的技术数据：
（2）电阻应变片的分类 ） 根据应变片的制作材料， 根据应变片的制作材料，可以把应变片分为 金属电阻应变片和半导体应变片两大类 两大类。 金属电阻应变片和半导体应变片两大类。 按照电阻应变片的制造方法、 按照电阻应变片的制造方法、工作温度以及 用途，可以对电阻应变片进行不同的分类。 用途，可以对电阻应变片进行不同的分类。 金属丝式应变片由基体材料、 金属丝式应变片由基体材料、金属应变丝或 应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。 应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。
金属导体的电阻值可表示为： 金属导体的电阻值可表示为： 对上式两边取对数再微分， 对上式两边取对数再微分，求得电阻相应变 化为： 化为：
对圆形横截面积的电阻丝， 对圆形横截面积的电阻丝，若其半径为 所以有： 所以有： 由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时， 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， 沿轴向伸长，沿径向缩短，令 为金属电阻丝的 轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为： 轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为： 所以： 所以： 综上可得： 综上可得：
金属丝式应变片有回线式和短接式二种。 金属丝式应变片有回线式和短接式二种。回 回线式 二种 线式最为常用，制作简单，性能稳定， 线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本 易粘贴，但横向效应较大。 低，易粘贴，但横向效应较大。 丝式金属电阻应变片的敏感栅由直径0.01～ 丝式金属电阻应变片的敏感栅由直径 ～ 0.05mm的电阻丝平行排列而成。应变片的 的电阻丝平行排列而成。 的电阻丝平行排列而成 阻值为几十欧至几十千欧左右。 阻值为几十欧至几十千欧左右。
薄膜， 金属薄膜应变片 ：薄膜，一般指厚度不超过 0.1µm的膜。金属薄膜应变片是采用真空蒸 的膜。 的膜 镀、沉积或溅射式阴极扩散等方法按规定图 形制成的掩膜版， 形制成的掩膜版，在很薄的绝缘基底材料上 制成一层金属电阻材料薄膜以形成敏感栅， 制成一层金属电阻材料薄膜以形成敏感栅， 再加上保护层而制成。 再加上保护层而制成。 金属薄膜应变片可以采用一些高温材料制成 可在高温条件下工作的电阻应变片。 可在高温条件下工作的电阻应变片。 例如， 例如，采用铂或铬等材料沉积在蓝宝石 薄片上或覆有陶瓷绝缘层的钼条上， 薄片上或覆有陶瓷绝缘层的钼条上，工作温 度范围在600℃~800℃。 度范围在 ℃ ℃
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 传感器的工作原理
电阻应变式传感器是根据电阻应变效应的原理制 电阻应变式传感器是根据电阻应变效应的原理制 电阻应变效应 成的，将测量物体的变形转换成电阻的变化。 成的，将测量物体的变形转换成电阻的变化。主要用 于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测中， 于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测中， 其应用最为广泛的形式是电阻应变片。 其应用最为广泛的形式是电阻应变片。 （1）电阻应变效应 ） 电阻应变效应： 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下 会产生机械形变，其电阻值也发生相应改变， 会产生机械形变，其电阻值也发生相应改变，这种现 象称为电阻应变效应。 象称为电阻应变效应。 金属电阻应变片的工作原理就是电阻应变效应。 金属电阻应变片的工作原理就是电阻应变效应。
箔式应变计的主要特点： 箔式应变计的主要特点： 工艺上，它能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀。 ①工艺上，它能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀。大 批量生产时，电阻值一致性好，离散程度小。 批量生产时，电阻值一致性好，离散程度小。 箔式应变计的敏感栅的横截面积为矩形， ②箔式应变计的敏感栅的横截面积为矩形，表面积和 截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大， 截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大， 灵敏度系数较高。 灵敏度系数较高。 箔式应变计比丝式应变计厚度薄， ③箔式应变计比丝式应变计厚度薄，其厚度一般为 0.003~0.01mm，由于它的厚度薄，具有较好的可 ，由于它的厚度薄， 绕性， 绕性，因此可以根据需要制成任意形状的敏感栅 即应变花）和微型小基长（如基长为0.1mm）， （即应变花）和微型小基长（如基长为 ）， 有利于传递变形。 有利于传递变形。 由于箔式应变计的特殊工艺，适合批量生产， ④由于箔式应变计的特殊工艺，适合批量生产，且生 产效率高。 产效率高。