传感器应用实例：数显电子秤的设计
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4.应变片的电阻值
在室温下，应变片在未经安装也不受外力情况下测得的电 阻值，是重要的一个特性参数。目前常用的电阻系列，习 惯上为60、120、200、350、500、1000Ω，其中以120Ω 最常用。在使用过程中一般取电阻值大，这样可以加大应 变片承受电压，输出信号大。
2.1.4应变式设计
2.1.1 应变式传感器的特点
传感器的材料主要有金属应变片、半导体应变片，应用的 范围有应变力、力矩、压力、加速度、转矩、位移、重量 测量.
2.1.2 金属应变片的结构与组成
1.敏感栅 实现应变-电阻转换的敏感元件。敏感栅通常是由直径为 0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状。图中表示栅长，表示 栅宽。其电阻值一般在100Ω以上。
线组成。
2.压阻式传感器的工作原理
压阻式传感器是基于压阻效应原理来实现的， 具体工作原理是当力作用于硅晶体时，晶体的 晶格产生变形，使载流子从一个能谷向另一个 能谷散射，引起载流子的迁移率发生变化，扰 动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的 电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同 而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
5.粘结剂 作用是把盖层和敏感栅固定于基底，同时也用它把应变片 基底再粘贴在试件表面的被测部位。
2.1.3金属应变片的主要特性
3.零漂和蠕变
应变片的零漂是指在温度保持恒定、不承受机械应变时， 应变片电阻值随时间而变化的特性。应变片的蠕变是指在 一定温度下，使其承受恒定的机械应变，其电阻值随时间 而变化的特性。一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相 反。这两项指标都是用来衡量应变片特性对时间稳定性的 重要指标。
2.数显电子秤电路设计 （1） 传感器电路 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片、电缆线等组成，内
部线路采用全桥电路，如图2-4所示，当弹性体承受载荷 产生变形时，输出电压
（2）信号处理电路
压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运 算放大器要求很高。通过综合考虑采用专用仪表 放大器芯片，如INA126，INA121等。此类芯片 内部采用差动输入，共模抑制比高、差模输入阻 抗大、增益高、线性度好，并且外部接口电路简 单。
3.压阻式传感器测量电路
2.1.8 MEMS压力传感器 1.硅压阻式压力传感器
2.硅电容式压力传感器
硅电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上 制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电 容式压力传感器，上横隔栅受压力作用向下位 移，改变了上下二根横隔栅的间距，也就改变 了板间电容量的大小。
2.1.6电阻应变式加速度传感器
应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量 块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生 惯性力使弹性梁变形，引起应变片阻值发生变化。通过电 桥来获取信号，常应用在车辆振动测量中 。
2.1.7压阻式传感器
1.半导体应变片的结构 半导体应变片的结构如图2-8所示，由硅膜片、外壳和引
2.基底 用于固定敏感栅的形状、尺寸和位置，在应变片工作时， 基底把试件应变准确地传递给敏感栅。基底必须很薄，一 般为0.02～0.04mm。
3.引线 它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0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏
4.盖层 用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层，起着防潮、防蚀、
1.半桥电路 在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受 压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。
2.全桥电路
若将电桥的四个桥臂都接入应变片，如图2-4所示，两个 受拉，两个受压，将两个应变符号相同的接入相对臂上构 成全桥电路。
2.1.5数显电子秤的设计
1.任务分析
图2-5为数显电子秤的组成框图。测量部分是利用称重 传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，经信号处理 电路进行放大后，经A/D转换器，将模拟量转化为数字 量输出，送单片机进行处理后送显示单元显示。通过键 盘可以进行参数的设定。
在室温下，应变片在未经安装也不受外力情况下测得的电 阻值，是重要的一个特性参数。目前常用的电阻系列，习 惯上为60、120、200、350、500、1000Ω，其中以120Ω 最常用。在使用过程中一般取电阻值大，这样可以加大应 变片承受电压，输出信号大。
2.1.4应变式设计
2.1.1 应变式传感器的特点
传感器的材料主要有金属应变片、半导体应变片，应用的 范围有应变力、力矩、压力、加速度、转矩、位移、重量 测量.
2.1.2 金属应变片的结构与组成
1.敏感栅 实现应变-电阻转换的敏感元件。敏感栅通常是由直径为 0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状。图中表示栅长，表示 栅宽。其电阻值一般在100Ω以上。
线组成。
2.压阻式传感器的工作原理
压阻式传感器是基于压阻效应原理来实现的， 具体工作原理是当力作用于硅晶体时，晶体的 晶格产生变形，使载流子从一个能谷向另一个 能谷散射，引起载流子的迁移率发生变化，扰 动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的 电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同 而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
5.粘结剂 作用是把盖层和敏感栅固定于基底，同时也用它把应变片 基底再粘贴在试件表面的被测部位。
2.1.3金属应变片的主要特性
3.零漂和蠕变
应变片的零漂是指在温度保持恒定、不承受机械应变时， 应变片电阻值随时间而变化的特性。应变片的蠕变是指在 一定温度下，使其承受恒定的机械应变，其电阻值随时间 而变化的特性。一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相 反。这两项指标都是用来衡量应变片特性对时间稳定性的 重要指标。
2.数显电子秤电路设计 （1） 传感器电路 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片、电缆线等组成，内
部线路采用全桥电路，如图2-4所示，当弹性体承受载荷 产生变形时，输出电压
（2）信号处理电路
压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运 算放大器要求很高。通过综合考虑采用专用仪表 放大器芯片，如INA126，INA121等。此类芯片 内部采用差动输入，共模抑制比高、差模输入阻 抗大、增益高、线性度好，并且外部接口电路简 单。
3.压阻式传感器测量电路
2.1.8 MEMS压力传感器 1.硅压阻式压力传感器
2.硅电容式压力传感器
硅电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上 制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电 容式压力传感器，上横隔栅受压力作用向下位 移，改变了上下二根横隔栅的间距，也就改变 了板间电容量的大小。
2.1.6电阻应变式加速度传感器
应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量 块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生 惯性力使弹性梁变形，引起应变片阻值发生变化。通过电 桥来获取信号，常应用在车辆振动测量中 。
2.1.7压阻式传感器
1.半导体应变片的结构 半导体应变片的结构如图2-8所示，由硅膜片、外壳和引
2.基底 用于固定敏感栅的形状、尺寸和位置，在应变片工作时， 基底把试件应变准确地传递给敏感栅。基底必须很薄，一 般为0.02～0.04mm。
3.引线 它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0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏
4.盖层 用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层，起着防潮、防蚀、
1.半桥电路 在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受 压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。
2.全桥电路
若将电桥的四个桥臂都接入应变片，如图2-4所示，两个 受拉，两个受压，将两个应变符号相同的接入相对臂上构 成全桥电路。
2.1.5数显电子秤的设计
1.任务分析
图2-5为数显电子秤的组成框图。测量部分是利用称重 传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，经信号处理 电路进行放大后，经A/D转换器，将模拟量转化为数字 量输出，送单片机进行处理后送显示单元显示。通过键 盘可以进行参数的设定。