应变式传感器讲解
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4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
5、金属电阻应变片的材料
对电阻丝材料应有如下要求： ① 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数；
②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大
的电阻值； ③ 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
4）固化。 5）粘贴质量检查。 6）引线的焊接与防护。
二、转换电路
电阻式传感器可以用直流电桥或交流电桥作为转换电路。
图2-2-3 常用电桥电路 a）单臂 b）双臂 c）全桥 d)交流电桥
1、直流电桥的输出电压
图2-2-4 最简单的直流电桥电路 在略去分母△R一次项和分子△R二次项并整理后，全桥的wk.baidu.com输出电压表示为：
半桥双臂 :
全对称电桥:
Uo
≈Ui 2
R1 R1
式（2-2-6）
Uo
≈U i
R1 R1
式（2-2-7）
可见相邻桥臂间为相减关系，相对桥臂间为相加关系。
因此构成差动电桥的条件为：相邻桥臂传感器应变方向应 相反，相对桥臂传感器应变方向应相同。如果桥臂传感器 应变量相等，则此电桥称为对称电桥。
3、直流电桥的温度补偿
1）差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度是单 臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。 2）全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压 灵敏度为单片工作时的4倍，同时仍具有温度补偿 作用。
3）可以用热敏电阻进行温度补偿。
4、直流电桥的平衡调节
电桥平衡条件：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以使 R1/R2=R4/R3（ R1、R2是R1、 R2并联RP后的等效电阻），电 桥趋于平衡，Uo被预调到零位， 这一过程称为调零。图中的R5 是用于减小调节范围的限流电 阻。
图2-2-5 直流电桥的调零
下图所示的静态应变仪测量范围：±19999με； 分辨率： 1με；电桥电压：直流2.5V； 应变片：120Ω或其他阻值； 测量点数：8/16点；
四、交流电桥
根据直流电桥分析可知，由于应变电桥输出电压很小， 一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变 电桥多采用交流电桥。交流电桥的应用更为广泛。直流电桥 只用于较大应变的测量，交流电桥可用于各种应变的测量。
-1040 -1040 -3060 -30200 -30170
60 60
最大工作 电流 /
mA
20 20 25 25 25 15 25
4、应变片主要技术指标（续）
1）几何参数：表距 l 和丝栅宽度b，制造厂常用
b× l 表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值。
3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
应变式传感器
一、电阻应变片 二、转换电路 三、应变式传感器
第二讲 应变式传感器
应变式传感器是根据应变原理，通过应变片和弹性元 件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行 电量测量的装置。其基本构成如下框图所示。
图2-2-1 应变式传感器原理框图
应变式传感器广泛应用于应变、荷重、压力和加速 度等机械量的测量。
120 120 200 120 350 1000+10% 120+10%
灵敏度
1.92.1 1.92.1 1.92.2 1.92.2 1.92.2 140+5% 120+5%
电阻温度 系数 /
（1/C）
2010-6 2010-6
— — — 0.4% 0.2%
极限工作 温度 /
C
一、电阻应变片
1、应变效应与电阻应变片的工作原理
导体在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值亦 将随之发生变化，这种现象称为应变效应。
R R
(1 2) l
k l
式（2-2-1）
μ 为金属电阻丝的泊松比，对于金属电阻材料，k=2。
对于半导体材料，在某一晶向受应力σ作用时， 其电阻率将产生较大变化，而几何尺寸变化很小，这 种现象称为压阻效应。相应的，半导体应变电阻也常 称为压阻元件。半导体材料压阻效应的表达式为
应变片的纵向尺寸为工作长度，反映被测应变，其横 向应变将造成测量误差。
引线
覆盖层 基片
b
l 电 阻 丝式 敏 感 栅
图2-2-2 金属电阻应变片的类型和结构
3、应变片主要技术指标
参数名称
电阻值 /
PZ-120型 PJ-120型 BX-200型 BA-120型 BB-350型 PBD-1K型 PBD-120型
R R
l l El
式（2-2-2）
k
高于金属材料
l
2、电阻应变片的类型与结构
1）类型： 金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式 半导体应变片：体型、薄膜型和扩散型
2）结构 金属电阻应变片的类型和结构如下图所示，它由敏感
栅粘贴在基底上，上面覆盖保护层构成。基底有纸基和胶 基两种。
Uo
≈Ui 4
( R1 R1
-
R2 R2
R3 R3
-
R4 ) R4
式（2-2-3）
2、直流电桥的工作方式
(1)半桥单臂工作方式 如图2-2-3a）所示，R1为变量， 其余各臂为固定电阻，则输出电压变为
Uo ≈Ui R1 4 R1
式（2-2-4）
(为2变)半量桥，双R3臂、工R4作为方固式定电如阻图，2则-3输b）出所电示压，变R为1、R2均
6、应变片的使用
（1）应变片的选择 主要考虑尺寸、初始电阻、 绝缘电阻及允许工作电流。
（2）应变片粘贴 应变片的粘合剂的种类很多， 要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性， 是否加温加压以及粘贴时间等多种因素合理选择 粘合剂。应变片的粘贴工艺包括： 1）试件的表面处理。清洁 2）确定贴片位置。在试件应变最大的部位。 3）粘贴。清洗试件表面和应变片的底面, 涂敷粘 合剂，将应变片贴在确定的位置处。贴片后，在 应变片上盖上一张玻璃纸并加压，排出多余的胶 水和气泡。
Uo
≈Ui 4
( R1 R1
-
R2 R2
)
式（2-2-5）
(3)差动工作方式：
为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图2-2-3所示， 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， 如图2-2-3b) 所示。 ΔR1=ΔR2，
R1=R2，R3=R4， 为半桥双臂电桥，其输出电压为:
5、金属电阻应变片的材料
对电阻丝材料应有如下要求： ① 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数；
②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大
的电阻值； ③ 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
4）固化。 5）粘贴质量检查。 6）引线的焊接与防护。
二、转换电路
电阻式传感器可以用直流电桥或交流电桥作为转换电路。
图2-2-3 常用电桥电路 a）单臂 b）双臂 c）全桥 d)交流电桥
1、直流电桥的输出电压
图2-2-4 最简单的直流电桥电路 在略去分母△R一次项和分子△R二次项并整理后，全桥的wk.baidu.com输出电压表示为：
半桥双臂 :
全对称电桥:
Uo
≈Ui 2
R1 R1
式（2-2-6）
Uo
≈U i
R1 R1
式（2-2-7）
可见相邻桥臂间为相减关系，相对桥臂间为相加关系。
因此构成差动电桥的条件为：相邻桥臂传感器应变方向应 相反，相对桥臂传感器应变方向应相同。如果桥臂传感器 应变量相等，则此电桥称为对称电桥。
3、直流电桥的温度补偿
1）差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度是单 臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。 2）全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压 灵敏度为单片工作时的4倍，同时仍具有温度补偿 作用。
3）可以用热敏电阻进行温度补偿。
4、直流电桥的平衡调节
电桥平衡条件：R1/R2=R4/R3
调节RP，最终可以使 R1/R2=R4/R3（ R1、R2是R1、 R2并联RP后的等效电阻），电 桥趋于平衡，Uo被预调到零位， 这一过程称为调零。图中的R5 是用于减小调节范围的限流电 阻。
图2-2-5 直流电桥的调零
下图所示的静态应变仪测量范围：±19999με； 分辨率： 1με；电桥电压：直流2.5V； 应变片：120Ω或其他阻值； 测量点数：8/16点；
四、交流电桥
根据直流电桥分析可知，由于应变电桥输出电压很小， 一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变 电桥多采用交流电桥。交流电桥的应用更为广泛。直流电桥 只用于较大应变的测量，交流电桥可用于各种应变的测量。
-1040 -1040 -3060 -30200 -30170
60 60
最大工作 电流 /
mA
20 20 25 25 25 15 25
4、应变片主要技术指标（续）
1）几何参数：表距 l 和丝栅宽度b，制造厂常用
b× l 表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值。
3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
应变式传感器
一、电阻应变片 二、转换电路 三、应变式传感器
第二讲 应变式传感器
应变式传感器是根据应变原理，通过应变片和弹性元 件将机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行 电量测量的装置。其基本构成如下框图所示。
图2-2-1 应变式传感器原理框图
应变式传感器广泛应用于应变、荷重、压力和加速 度等机械量的测量。
120 120 200 120 350 1000+10% 120+10%
灵敏度
1.92.1 1.92.1 1.92.2 1.92.2 1.92.2 140+5% 120+5%
电阻温度 系数 /
（1/C）
2010-6 2010-6
— — — 0.4% 0.2%
极限工作 温度 /
C
一、电阻应变片
1、应变效应与电阻应变片的工作原理
导体在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值亦 将随之发生变化，这种现象称为应变效应。
R R
(1 2) l
k l
式（2-2-1）
μ 为金属电阻丝的泊松比，对于金属电阻材料，k=2。
对于半导体材料，在某一晶向受应力σ作用时， 其电阻率将产生较大变化，而几何尺寸变化很小，这 种现象称为压阻效应。相应的，半导体应变电阻也常 称为压阻元件。半导体材料压阻效应的表达式为
应变片的纵向尺寸为工作长度，反映被测应变，其横 向应变将造成测量误差。
引线
覆盖层 基片
b
l 电 阻 丝式 敏 感 栅
图2-2-2 金属电阻应变片的类型和结构
3、应变片主要技术指标
参数名称
电阻值 /
PZ-120型 PJ-120型 BX-200型 BA-120型 BB-350型 PBD-1K型 PBD-120型
R R
l l El
式（2-2-2）
k
高于金属材料
l
2、电阻应变片的类型与结构
1）类型： 金属电阻应变片：丝式、箔式和薄膜式 半导体应变片：体型、薄膜型和扩散型
2）结构 金属电阻应变片的类型和结构如下图所示，它由敏感
栅粘贴在基底上，上面覆盖保护层构成。基底有纸基和胶 基两种。
Uo
≈Ui 4
( R1 R1
-
R2 R2
R3 R3
-
R4 ) R4
式（2-2-3）
2、直流电桥的工作方式
(1)半桥单臂工作方式 如图2-2-3a）所示，R1为变量， 其余各臂为固定电阻，则输出电压变为
Uo ≈Ui R1 4 R1
式（2-2-4）
(为2变)半量桥，双R3臂、工R4作为方固式定电如阻图，2则-3输b）出所电示压，变R为1、R2均
6、应变片的使用
（1）应变片的选择 主要考虑尺寸、初始电阻、 绝缘电阻及允许工作电流。
（2）应变片粘贴 应变片的粘合剂的种类很多， 要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性， 是否加温加压以及粘贴时间等多种因素合理选择 粘合剂。应变片的粘贴工艺包括： 1）试件的表面处理。清洁 2）确定贴片位置。在试件应变最大的部位。 3）粘贴。清洗试件表面和应变片的底面, 涂敷粘 合剂，将应变片贴在确定的位置处。贴片后，在 应变片上盖上一张玻璃纸并加压，排出多余的胶 水和气泡。
Uo
≈Ui 4
( R1 R1
-
R2 R2
)
式（2-2-5）
(3)差动工作方式：
为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图2-2-3所示， 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， 如图2-2-3b) 所示。 ΔR1=ΔR2，
R1=R2，R3=R4， 为半桥双臂电桥，其输出电压为: