(精选)电阻式传感器及应用
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2章电阻式传感器及应用
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4.焊接：检查合格 后用烙铁焊接引出 线，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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二、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
例如，当x为0.000001时，在工程中常表示为110-6
或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变 最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过 材料的极限强度而导致断裂。
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应变片用于测量力F的计算公式：
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电阻丝变形过程
• 以圆柱形导体为例：电阻R（根据电阻的定义式）
图2-3 金属电阻丝应变效应
电阻丝 电阻率
电阻丝 截面积
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R
l A
l
r2
电阻丝 长度
电阻丝 半径
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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。
1）单臂电桥
R1为工作应变片， R2、R3、R4为固定电阻。 假设桥臂R1的阻值变为 R1+Δ R1。 则输出电压：
UO=U14-U24 =[R2/(R1+Δ R1+R2) -R4/(R3+R4）]U
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经运算：U0=-[ΔR1R4/（R1+ΔR1+R2）（R3+R4）]U 分子分母同除以R1R3，
电阻应变式传感器的工作原理及应用
成本较高
电阻应变式传感器的制造成本 较高，价格相对较贵。
对激励电源要求高
电阻应变式传感器需要稳定的 激励电源，对电源的要求较高
。
05 发展趋势与展望
技术创新与改进
微型化
随着微电子和纳米技术的发展， 电阻应变式传感器正朝着微型化 方向发展，以提高测量精度和灵
敏度。
智能化
集成化、智能化的传感器已成为趋 势，通过与微处理器和算法结合， 实现自校准、自补偿和自适应等功 能。
电阻应变片的结构与工作原理
01 基底
02 敏感栅
03 引线
04 盖片
05 工作原理
支撑电阻丝并传递应力的 介质。
由金属丝或金属箔制成的 敏感元件，用于感受形变 并产生电阻变化。
连接敏感栅与测量电路的 导线。
保护敏感栅和引线的覆盖 层。
当被测物体受到外力作用 时，粘贴在其上的电阻应 变片会随之产生形变，导 致敏感栅的电阻值发生变 化。通过测量电路可以测 量出电阻值的变化，从而 推算出受力的大小。
传感器简介
电阻应变式传感器由敏感元件、转换元件和测量电路组成， 其中敏感元件负责感知被测量的变化，转换元件将敏感元件 输出的应变信号转换为电信号，测量电路则对电信号进行测 量和输出。
电阻应变式传感器的敏感元件通常采用金属箔、金属丝等材 料，当受到外力作用时，这些材料会发生形变，导致其电阻 值发生变化，从而输出相应的电信号。
多功能化
为了满足复杂环境下的测量需求， 电阻应变式传感器正朝着多功能化 方向发展，如压力、温度、湿度等 多参数测量。
应用领域的拓展
医疗健康
01
用于监测生理参数，如血压、心电等，为医疗诊断和治疗提供
支持。
智能制造
电阻式传感器及应用
直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、 R3、R4组成，其中a、c两端接直流电 压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电 压为Uo。在测量前，取R1R3 = R2R4， 输出电压为Uo=0。
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（1）直流电桥电路
当桥臂电阻发生变化，且ΔRi<<Ri，在 电桥输出端的负载电阻为无限大时，电 桥输出电压可近似表示为
（3）电桥的线路补偿
① 零点补偿 要求电桥的4个桥臂电阻值 相同是不可能的，这样就使 电桥不能满足初始平衡条件 （即U0≠0）。为了解决这 一问题，可以在一对桥臂电 阻乘积较小的任一桥臂中串 联一个可调电阻进行调节补 偿。
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② 温度补偿 环境温度的变化也会引起电桥电阻的变化，导致电桥的零点漂移， 这种因温度变化产生的误差称为温度误差。产生的原因有：电阻应 变片的电阻温度系数不一致；应变片材料与被测试件材料的线膨胀 系数不同，使应变片产生附加应变。因此有必要进行温度补偿，以 减少或消除由此而产生的测量误差。电阻应变片的温度补偿方法通 常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。 在只有一个应变片工作的桥路中，可用补偿片法。在另一块和被测 试件结构材料相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相 同的补偿片，使补偿块和被测试件处于相同的温度环境，工作片和 补偿片分别接入电桥的相邻两臂如图所示。由于工作片和补偿片所 受温度相同，则两者所产生的热应变相等。因为是处于电桥的两臂， 所以不影响电桥的输出。补偿片法的优点是简单、方便，在常温下 补偿效果比较好。缺点是温度变化梯度较大时，比较难以掌握。 当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电 桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等、符 号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温 度自补偿的目的。
电阻应变式传感器的工作原理及其应用
电阻应变式传感器的工作原理应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。
应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。
应变式传感器特点应变式传感器特点①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③结构简单，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。
1、应变式传感器的工作原理(1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时，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。
K0 称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化公式简化过程：由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。
对于金属材料项比项小得多。
大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0 为常数，于是可以写成：通常金属电阻丝的K0=通常金属电阻丝的K0=（2）应变片的基本结构及测量原理l称为栅长（标距）,b称为栅宽（基宽），b xi称为应变片的使用面积。
应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如3x 20mm2 120Q。
结构简介：电阻丝应变片是用直径为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。
敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。
电阻应变式传感器的应用：数显电子秤（一）工作原理数显电子秤电路原理如图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。
传感器R1采用E350~ZAA 箔式电阻应变片，其常态阻值为350O测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。
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。
2、电阻式传感器原理与应用
dA 2 dr Ar
x
dL L
y
dr r
r为金属丝半径
εx为金属丝轴向应变
εy为金属丝横向应变
➢ 轴向应变εx的数值一般很小， 常以微应变度量；
➢ μ为电阻丝材料的泊松比，一 般金属μ=0.3-0.5；
对金属材料，电阻率几乎不变：
λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；
由于空腔内传压介质的高度比被测溶 液的高度高，因而腰形筒微压传感器处 于负压状态。
为了提高测量的灵敏度，安装了两只 性能完全相同的微压传感器。
液位传感器： 当容器中液体多时，感压膜感受的压力大，将两只微压
传感器的电桥接成正向串联的形式，则输出电压为：
U0 U1 U2 (A1 A2 ) g h
料常用康铜和镍铬合金等。 目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。
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)。
半导体应变片的特性（与金属应变片相比较)：
✓灵敏系数S：表示应变片变换性能的重要参数。
✓绝缘电阻：应变片与试件间的阻值，越大越好。 一般大于1010Ω。
✓其它性能参数（允许电流、工作温度、应变极限、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度 等）。
3.2 测量电路及温度补偿 电阻应变片将应变转换为电阻的变化量，测量电路
将电阻的变化再转换为电压或电流信号，最终实现被测 量的测量。
定义：电阻丝的灵敏度系数S0——表示单位应 变所引起的电阻相对变化。
电阻应变片灵敏度系数S称为“标称灵敏度系 数”，由实验测定。
电阻式传感器的应用
1.简易家用气体报警器
2021年3月14日星期日
图2-29 家用气体报警器的内部电路
2.酒精检测报警器
2021年3月14日星期日
图2-30 酒精检测报警器的内部电路
பைடு நூலகம்
1.4 湿敏电阻式传感器的应用
1.自动气象站湿度测报
图2-31 无线电遥测自动气象站的湿度测报原理方框图
电阻式传感器的应用
电阻式传感器的应用
11电阻应变式式传感器的应用
1.应变式荷重传感器 测力和称重传感器有较大一部分是采用应变式荷重传感 器。 2.应变式加速度传感器 应变式加速度传感器是一种利用金属箔应变片或半导体 应变片作为敏感元件进行加速测量的传感器。 3.压阻式压力传感器 压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件。
2021年3月14日星期日
2.汽车后窗玻璃自动去湿装置
2021年3月14日星期日
图2-32 汽车后窗玻璃自动去湿装置的内部电路
谢谢观看！
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2021年3月14日星期日
2）电动机的过热保护控制
（a）连接示意图
（b）电动机定子上热敏电阻的连接方式
图2-28 电动机的过热保护电路
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2021年3月14日星期日
1.3 气敏电阻式传感器的应用
气敏电阻式传感器广泛应用于防灾报警，如可制成液化 石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等 方面的报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医 疗上用于对氧气和一氧化碳等气体的测量，在日常生活 中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。
2021年3月14日星期日
1.2 热电阻式传感器和热敏电阻式传感器的应用
1.热电阻式传感器的应用 1）温度测量
传感器原理与应用—电阻式ppt课件
电阻应变式传感器
电阻应变片工作原理总结：
☫ 电阻应变片工作原理基于应变电阻效应，感受灵敏栅轴 向线应变，输出电阻应变，即： ☫ 金属材料：K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)
△ R K ， K 导电丝材的灵敏系数 0ε 0— R
前部分为受力后金属丝几何尺寸变化所致;后部分为电阻 率随应变而变的部分。金属应变片的应变电阻效应以 结构尺寸变化为主，属于结构型传感器。 前部分同样为尺寸变化所致；后部分为半导体材料的压 阻效应所致。半导体应变片的压变电阻效应主要基于 压阻效应，属于物性型传感器。
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☫ 半导体材料：K0=KS=(1+2μ)+πE
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电阻应变式传感器 (2) 电阻应变式传感器的结构与类型
☻ 应变计的结构
利用导电材料的应变电阻效应，可以制成测量试件表面 应变的敏感元件，即：电阻应变计（片），简称应 变计（片） strain gauge 。
☻ 应变计的结构型式及其组成
下面将介绍几种典型的电参量型传感器，包括电 阻输出型、电感输出型、电容输出型三类电参量 型传感器。
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电参量型传感器
电阻式传感器
电感式传感器
电容式传感器
电参量型传感器测量电路
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电阻式传感器
被测量变化能引起传感器输出电阻值变化的 传感器统称为电阻输出型传感器，简称电阻 式传感器。
♛ 金属应变片的电阻变化主要由其结构尺寸变化所致，故金
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属应变片属于结构型传感器。
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电阻应变式传感器 ② 半导体应变片的应变电阻效应 ☫ 压阻效应：指半导体材料在某一轴向受外力时，其
电阻应变式传感器工作原理及应用
电阻应变式传感器工作原理及应用电阻应变式传感器是一种常见的传感器类型，它基于电阻的变化来检测物体或环境的应变。
本文将介绍电阻应变式传感器的工作原理和常见应用。
电阻应变式传感器的工作原理主要基于金属电阻的特性。
金属材料在受力作用下会发生应变，即物体的形状和尺寸会发生改变。
当金属材料发生应变时，其电阻值也会发生变化。
电阻应变式传感器利用这一原理，通过测量电阻值的变化来反映物体的应变情况。
电阻应变式传感器一般由金属应变片和电阻组成。
金属应变片是一个非常薄的金属片，可以粘贴或焊接在需要测量应变的物体上。
当物体发生应变时，金属应变片也会发生相应的应变。
应变片上的电阻会因为应变而发生变化。
电阻应变式传感器中的电阻通常采用导线电阻，如铜线或铂电阻。
当应变片发生应变时，导线电阻的长度和截面积都会发生变化，从而改变电阻值。
通过测量电阻的变化，可以间接地得知物体的应变情况。
电阻应变式传感器的应用广泛。
它可以用于测量力的大小和方向，例如测量桥梁、建筑物和船舶等结构物的应变。
同时，电阻应变式传感器也可以用于测量压力、应力和扭矩等物理量。
例如，它可以用于测量管道中的流体压力，以及机械设备中的扭矩大小。
电阻应变式传感器还可以用于工业自动化领域。
通过将传感器连接到控制系统中，可以实现对物体或设备的实时监测和控制。
例如，在汽车制造过程中，电阻应变式传感器可以用于监测车身的变形情况，以确保车身的质量符合标准要求。
除了上述应用外，电阻应变式传感器还可以用于测量温度、湿度和流量等参数。
通过将传感器与相应的测量电路结合，可以实现对这些参数的精确测量和控制。
总结起来，电阻应变式传感器是一种基于电阻变化来检测物体或环境应变的传感器。
它的工作原理简单且可靠，应用范围广泛。
无论是在工业生产中，还是在科学研究和日常生活中，电阻应变式传感器都发挥着重要的作用。
通过不断的技术创新和应用拓展，相信电阻应变式传感器将在更多领域发挥重要作用。
电阻应变式传感器的应用与发展
电阻应变式传感器的应用与发展一、引文传感器是一种在工程应用上极为常见的重要器件，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有响应与检出功能，并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置。
传感器是一个完整的测量系统，它能把被测非电量转换成与之有确定对应关系的电量输出，以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等要求。
电阻应变式传感器一种是利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器。
当弹性体（敏感元件）受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形。
应变片再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
1. 工作原理电阻应变式传感器的工作原理是电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相应发生变化的物理现象。
当一个金属电阻丝受轴向应力作用被拉伸时，假设它的长度变化Δl、面积变化ΔA、电阻率变化Δρ、泊松比μ，电阻丝的应变灵敏度系数k0的表达式可以写为：其中是由材料的几何尺寸变化引起的，而是由材料的电阻率ρ随应变引起的。
2. 结构与分类电阻应变计也称为电阻应变片，主要由敏感栅、基底和盖层、粘结剂和引出线四部分组成。
电阻应变计的种类很多，分类方法也很多：以敏感栅的材料分类，可以分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类；以安装方式可分为粘贴式、焊接式和喷涂式三类；以使用温度范围可分为低温、常温、中温以及高温应变计等；以基底材料分类可分为纸基、胶基、玻璃纤维增强基、金属基底以及临时基底等。
二、研究现状与前景1.优点与缺点与其他测量手段相比，电阻应变片有以下优点：a)测量应变的灵敏度和精确度高，性能稳定、可靠，可测1～2 ，误差小于1％；b)应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、响应速度快。
测量时对被测件的工作状态和应力分布影响较小，既可用于静态测量，又可用于动态测量；c)测量范围大。
既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。
第3章 电阻式传感器原理及其应用
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。
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）。
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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
电阻传感器有哪些用途
电阻传感器有哪些用途电阻传感器是一种测量电阻值的传感器，其主要用途是测量物体的温度、压力、力度、位移、形变等物理量。
以下将详细介绍电阻传感器在不同领域中的具体应用。
一、工业领域：1. 温度测量：电阻温度传感器广泛应用于工业生产过程中的温度测量，包括原料的加工处理、燃烧工艺的控制以及热敏性材料的制造等。
2. 压力测量：电阻传感器可以通过测量电阻变化来间接测量物体的压力，常用于汽车制动系统、空气压缩机以及液体压力传感等领域。
3. 位移测量：电阻传感器可以通过检测杆或装置的位移来判断位置变化，并实时反馈给机器控制系统，广泛应用于机械制造、机械手臂控制等领域。
4. 液位测量：通过将电阻传感器安装在液体容器内，测量电阻值来检测液体的变化，常用于油罐、水箱、化工容器等。
5. 流量测量：电阻传感器在流量计中起到重要作用，通过测量电阻的变化来计算液体或气体的流量，并进行相应的控制。
二、汽车领域：1. 汽车温度测量：电阻温度传感器广泛应用于汽车发动机的冷却系统、空调系统以及变速器系统等，实时反馈温度信息。
2. 汽车油位测量：通过电阻传感器测量油箱内的油位，可以提供给驾驶员关于油量的准确信息。
3. 刹车控制系统：电阻传感器广泛应用于汽车制动系统中，测量刹车胶片与刹车盘之间的间隙，实时监测刹车片厚度，提高行车安全。
三、医疗领域：1. 血糖检测仪：通过电阻传感器检测血液中的葡萄糖含量，提供给糖尿病患者血糖水平监测。
2. 心电图仪：电阻传感器广泛应用于心电图仪中，通过电极与人体皮肤接触来测量心脏的电阻变化，反映心脏运行情况。
四、家用电器：1. 洗衣机：电阻传感器可用于检测洗衣机内水位的变化，控制进水和排水。
2. 空调：电阻传感器可用于测量室内温度，调整空调的制冷或制热功能。
3. 冰箱：电阻传感器可用于测量冰箱内部温度，确保食品处于适宜的储存温度中。
五、农业领域：1. 土壤湿度检测：通过电阻传感器测量土壤的电阻变化，判断土壤湿度情况，提供给农民合适的浇水量。
电阻应变式传感器的应用与发展
电阻应变式传感器学号：姓名：田坤吴红王林前言电阻式传感器按其工作原理可分为：电阻应变式；电位计式；热电阻式；半导体热能电阻传感器等。
目前，传感器的重要性正日益为人们所认识，国内外都已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。
而电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
一、电阻式传感器的发展方向1. 普通电阻应变计朝向高精度、使用方便快捷、省力方向发展。
随着电阻应变计本身及电子技术的快速发展,对于一般的应力测量要求更加精确、准确、快速以满足人们在各种高效工作中的需求。
目前，为了适应越来越广泛的需要 ,更为优良的酚醛胶、环氧胶、环氧一酚醛胶以及聚酞亚胺胶等也相继问世。
但性能更完善的胶粘剂将会有更美好的前景。
2．传感器用电阻应变计要求多功能、高稳定性。
电阻应变计是一种把应变信号直接转化成电信号的敏感元件 ,因而适用于制作各种传感器 ,电阻应变计式传感器主要用于测力 (或称重)、压力、加速度、位移、扭矩等。
过去电阻应变计式传感器主要用于试验研究工作 ,而现在 ,称重传感器和压力传感器往往用于工业检测以及生产线的称重计量和控制。
而且在医学和生物工程等方面的使用也有所增加。
通常要求传感器具有电信号输出稳定、响应速度快以及体积小、重量轻等,而电阻应变计式传感器都能满足这样的条件。
传感器用应变计,除了要求具有良好的温度自补偿以外 ,往往还要求具有蠕变、滞后、弹性模量自补偿等多种功能 ,在使用温度范围内具有较高的长期稳定性。
3．特殊环境用电阻应变计的多样化及稳定性的提高。
特殊环境一般是指高温低温、核辐射、强磁场等条件。
场等条件。
目前高温下的应变测量,对于粘帖式的高温应变计 ,在3 50 ℃以下温度范围的测量技术比较成熟。
电阻应变式传感器常用来测量哪些量
电阻应变式传感器常用来测量哪些量电阻应变式传感器在现代工程和科学应用中发挥着极其重要的作用。
它们是一类灵活多用途的传感器，常常用于测量和监测各种物理量。
在这篇文章中，我们将深入探讨电阻应变式传感器的原理、工作原理、常见应用领域以及未来发展趋势。
一、电阻应变式传感器的原理和工作原理电阻应变式传感器的基本原理是材料的电阻值会随着其受力或应变的改变而发生变化。
这种变化通常是微小的，但可以通过敏感的电路和测量设备进行检测和记录。
这些传感器通常由一个电阻片或电阻丝构成，这个电阻片或电阻丝被固定在一个需要测量的物体表面上。
当物体受到外部力或应变时，它的形状会发生微小的变化，从而导致电阻片或电阻丝的电阻值发生变化。
这个变化可以通过连接到电阻片或电阻丝的电路来测量。
典型的电路包括电桥电路，它可以精确地测量电阻值的微小变化。
二、常见应用领域电阻应变式传感器在各种领域中都有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1、工程和结构监测：在建筑工程和土木工程中，电阻应变式传感器用于监测建筑物、桥梁和其他结构的应变和变形。
这有助于确保结构的安全性和稳定性，并在需要时采取维护措施。
2、汽车工业：电阻应变式传感器在汽车工业中广泛用于测量车辆零部件的应变和压力，例如制动系统、悬挂系统和发动机零部件。
这有助于改善车辆性能和安全性。
3、航空航天工业：在航空航天领域，电阻应变式传感器用于监测飞机和宇航器的结构健康，以及发动机性能。
这有助于确保航空器的安全运行。
4、医疗设备：电阻应变式传感器在医疗设备中用于测量生物组织的应变，例如在人工关节和义肢中。
这有助于改善患者的生活质量。
5、材料测试：在材料科学和材料工程领域，电阻应变式传感器用于测量材料的强度、刚度和应力应变特性。
这对于开发新材料和改进现有材料至关重要。
6、环境监测：电阻应变式传感器也可用于环境监测，例如测量土壤的压实度、监测大坝的变形以及监测地震活动。
三、未来发展趋势电阻应变式传感器的应用领域不断扩展，并且随着技术的进步，这些传感器也在不断发展和改进。
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电阻丝变形过程
• 以圆柱形导体为例：电阻R（根据电阻的定义式）
图2-3 金属电阻丝应变效应
电阻丝 电阻率
电阻丝 截面积
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R Al lr2
电阻丝 长度
电阻丝 半径
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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。
dRdl Rl
2dr r
d
(2-2)
对电阻定律全微分得电阻变
化率 dR/R为：
轴向（纵向）应变 dl F
x l AE
由材料力学得
y
x
径向应变 εy
μ为电阻丝材料的泊松比。（2-2）式经整理可得下式：
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材料的电阻率ρ 随应变所引起
的变化——“压阻效应”。 这是由于材料发生变化时，其 自由电子的活动能力和数量均 发生了变化的缘故
d
即横向收缩与纵 向伸长之比。即
dR R
12
x
x
k0x
电阻丝几何尺寸 形变所引起的变 化——几何效应
材料的轴 向应变
（单丝）金属材料 的灵敏度系数，表 示单位应变所引起 的电阻相对变化， 主要取决于其几何 效应，取1.73.6
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实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量
R/R与材料力学中的轴向应变x（x= l/l）的关
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4.焊接：检查合格 后用烙铁焊接引出 线，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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二、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 l A r2
系在很大范围内是线性的，即
RRKx
2-1
K—电阻应变片的灵敏度
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。
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在材料力学中，x =l/l称为电阻丝的轴向应变， 也称纵向应变。x通常很小，常用10-6表示之。
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2.贴片：在应变片的 表面和处理过的粘贴表 面上，各涂一层均匀的 粘贴胶 ，用镊子将应 变片放上去，并调好位 置，然后盖上塑料薄膜， 用手指揉和滚压，排出 下面的气泡。
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3.测量：从分开的
端子处，预先用万 用表测量应变片的 电阻，发现端子折 断和坏的应变片。
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设有一长度为l、截面积为A、半径为r、电阻率
为的金属单丝，它的电阻值R可表示为:
R
l l A r2
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时
，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R
发生变化。
例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； 又如，某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。
金属丝式
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箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制 成的。
箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。 箔式应变片与基片的接触面积大得多，散热条件较好，在 长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生 产。目前广泛用于各种应变式传感器中。
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箔式应变片的外形
x＝F/AE (E为弹性模量)AE）
如果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹 性模量E均为已知，则只要设法测出R/R的数值， 即可获知试件受力F的大小。 例如可用于电子称的称重。
例如，当x为0.000001时，在工程中常表示为110-6
或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变 最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过 材料的极限强度而导致断裂。
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应变片用于测量力F的计算公式：
由材料力学可知：
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半导体应变片的主要特点是：当受力时，其电阻率 随应力的变化而变化，故灵敏度高，横向效应小。
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实验发现，实际应变片的K值比单丝的K值要小，造成此 现象原因是横向效应，还有粘结层传递变形失真。
横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅后, 虽然长度不变, 应 变状态相同, 但圆弧段横向收缩引起阻值减小量对轴向伸长 引起阻值增加量起着抵消作用。因而同样应变阻值变化减 小，K值减小，此现象为横向效应。
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一、应变片的结构与粘贴
1.电阻应变片的结构 电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部 分组成。
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（1）敏感栅
感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感 栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。 （2）基片
绝缘及传递应变。测量时应变片的基底粘在试 件上，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。 同时基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号 就要漏掉。
由纸薄、胶质膜等制成。
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（3）覆盖层 保护作用。防湿、蚀、尘。
（4）引线 连接电阻丝与测量电路，输出电参量。
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应变片的内部结构
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2.应变片的种类
分类
金属电阻 应变片
半导体 应变片
丝式 箔式 薄膜式
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金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。 由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐 被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力 的大批量、一次性试验。
为了减小横向效应产生的测量误差，现在一般多采用箔式 应变片，其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多，电阻值较小， 因而电阻变化量也就小得多。
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３.应变片的粘贴：
1)去污：采用手持砂 轮工具除去构件表面的 油污、漆、锈斑等，并 用细纱布交叉打磨出细 纹以增加粘贴力 ，用 浸有酒精或丙酮的纱布 片或脱脂棉球擦洗。
第2章 电阻式传感器及其应用
本章学习电阻式传感器的原理及应用， 包括：电阻应变片、电位器、热电阻、 气敏电阻及湿敏电阻等。
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§2.1 电阻应变式传感器
应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用 下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生 变化，这种现象称为应变效应。
电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转 换电路等组成。