传感器原理 电阻应变式传感器

传感器原理电阻应变式传感器第一页，共六十页，2022年，8月28日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。一、应变效应第二页，共六十页，2022年，8月28日

电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种电阻传感器，它主要由①弹性敏感元件、②电阻应变片③测量转换电路组成。利用电阻应变式传感器可以测量力、位移、形变、加速度等参数。第三页，共六十页，2022年，8月28日图2-3电子秤中的应变式电阻传感器第四页，共六十页，2022年，8月28日一、弹性敏感元件弹性敏感元件是一种在力的作用下产生变形，当力消失后能恢复成原来状态的元件，是电阻式传感器的敏感元件。它通过与被测物件接触，能直接感受到被测的量的变化。因而在传感器中占有非常重要的地位，其质量的优劣直接影响应变式电阻传感器的性能和测量精度。第五页，共六十页，2022年，8月28日1．力敏感元件力弹性敏感元件大都采用等截面柱式、等截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。图所示为几种常见的力敏感元件。图几种常见的力敏感元件第六页，共六十页，2022年，8月28日2．压力敏感元件常见的压力弹性敏感元件有弹簧管、波纹管、膜盒、薄壁半球和薄壁圆管等。压力敏感元件可以把液体或气体产生的压力转换为位移量输出。下图所示为几种常见的压力弹性敏感元件。第七页，共六十页，2022年，8月28日

认识几个弹性敏感元件金属波纹管

第八页，共六十页，2022年，8月28日第九页，共六十页，2022年，8月28日

金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。第十页，共六十页，2022年，8月28日二、电阻应变式传感器--应变片电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。第十一页，共六十页，2022年，8月28日1.电阻应变片的结构图2-4电阻应变片的结构第十二页，共六十页，2022年，8月28日应变片用于测量力F的计算公式：当沿金属丝的长度方向施加均匀力时，上式中ρ、r、l都将发生变化，导致电阻值发生变化。实验证明，电阻应变片的电阻应变εR=△R/R与电阻应变片的纵向应变εx的关系在很大范围内是线性的，即第十三页，共六十页，2022年，8月28日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。在材料力学中，x称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变，是量纲为1的数。x通常很小，常用10-6表示之。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。第十四页，共六十页，2022年，8月28日2、结构类型与粘贴金属应变片半导体应变片金属丝式箔式薄膜式1）结构类型第十五页，共六十页，2022年，8月28日lbl称应变片的标距或工作基长b称应变片的工作宽度b*l称应变片的规格（1）金属丝式第十六页，共六十页，2022年，8月28日金属丝式应变片的内部结构第十七页，共六十页，2022年，8月28日（2）箔式通过光刻、腐蚀而成，散热条件好，电流密度高，灵敏度高，可制成任意形状。第十八页，共六十页，2022年，8月28日箔式应变片的外形第十九页，共六十页，2022年，8月28日（3）薄膜式真空蒸镀技术制成，特点同上。第二十页，共六十页，2022年，8月28日（4）半导体应变片半导体应变片外形第二十一页，共六十页，2022年，8月28日应变片主要性能指标举例第二十二页，共六十页，2022年，8月28日应变片粘贴演示2）应变片的粘贴第二十三页，共六十页，2022年，8月28日应变片的检查与选择试件的表面处理底层处理贴片固化粘贴质量检查引线焊接与组桥连线步骤：第二十四页，共六十页，2022年，8月28日三、应变式电阻传感器的测量电路

1．电源接入方式惠斯登电桥电路按照所提供电源的不同分为直流电桥和交流电桥两种形式，其接入方式如图所示。电源接入方式第二十五页，共六十页，2022年，8月28日2．应变片接入方式图：应变片的三种接入方式第二十六页，共六十页，2022年，8月28日图：应变式电阻传感器的实际电路第二十七页，共六十页，2022年，8月28日a.电桥输出电压与应变成线性关系。b.若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的极性不一致时，则输出电压为两者之和。c.若相对桥臂的应变极性一致，输出电压为两者之和；反之为两者之差。讨论(一)电桥的主要特性第二十八页，共六十页，2022年，8月28日上述三种工作方中:全桥四臂灵敏度最高，双臂半桥灵敏度次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。第二十九页，共六十页，2022年，8月28日四、温度补偿1、补偿块补偿法ΔR1ε——试件受力后应变片R1产生的电阻增量；ΔR1t、ΔR2t——由温度变化引起的R1、R2的电阻增量。补偿块温度补偿示意图1—试件2—补偿块第三十页，共六十页，2022年，8月28日当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。2、桥路自补偿第三十一页，共六十页，2022年，8月28日应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。

五、应用第三十二页，共六十页，2022年，8月28日材料应变的测量第三十三页，共六十页，2022年，8月28日案例：桥梁固有频率测量第三十四页，共六十页，2022年，8月28日测力演示动画1、力和扭矩第三十五页，共六十页，2022年，8月28日称重计第三十六页，共六十页，2022年，8月28日应变式力传感器FFFF第三十七页，共六十页，2022年，8月28日各种悬臂梁

第三十八页，共六十页，2022年，8月28日各种悬臂梁

FF固定点固定点电缆第三十九页，共六十页，2022年，8月28日应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置FR1R2R4第四十页，共六十页，2022年，8月28日汽车衡第四十一页，共六十页，2022年，8月28日汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料）第四十二页，共六十页，2022年，8月28日汽车衡称重系统第四十三页，共六十页，2022年，8月28日电子秤

磅秤超市打印秤远距离显示第四十四页，共六十页，2022年，8月28日电子天平电子天平的精度可达十万分之一第四十五页，共六十页，2022年，8月28日人体秤

第四十六页，共六十页，2022年，8月28日吊钩秤

便携式第四十七页，共六十页，2022年，8月28日应变式数显扭矩扳手

用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA，有单位转换、峰值保持、自动断电等功能。第四十八页，共六十页，2022年，8月28日压力测量演示2、压力第四十九页，共六十页，2022年，8月28日第五十页，共六十页，2022年，8月28日案例：冲床生产记数和生产过程监测第五十一页，共六十页，2022年，8月28日案例：冲床生产记数和生产过程监测第五十二页，共六十页，2022年，8月28日案例：机器人握力测量第五十三页，共六十页，2022年，8月28日小型压阻式固态压力传感器高压进气口低压进气口绝对压力传感器第五十四页，共六十页，2022年，8月28日小型压阻式固态压力传感器呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器p1进气管p2进气管固态压力传感器第五十五页，共六十页，2022年，8月28日小型压阻式固态压力传感器表压压力传感器p1进气管第五十六页，共六十页，2022年，8月28日投入式液位计

压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。第