电阻应变片压力传感器设计

电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器——实验报告院系：管理学院姓名：胡阳学号：PB12214074电阻应变式传感器实验内容1、自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力，并用图示说明。

2、利用所提供的元件连接单臂电桥，桥电压由万用表给出，记下零点电压。

3、依次增加砝码，测量单臂电桥的m~U定标曲线。

有了定标曲线后，就作成了一台简易的电子秤。

提示：电子秤的量程约2公斤，请勿加载过重的物体，以免损坏应变片。

4、测量待测物体的质量。

5、连接全桥电路，重复1~3步。

6、比较电路的灵敏度。

7、实验总结数据处理:1.单臂，全桥的定标线（一）单臂电桥-52.6-52.7U/mV-52.9-53.0-53.1-53.20100200300400500m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -53.17155 0.00501B 0.00107 1.65553E-5------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99952 0.00692 6 0.0001（二）全桥：0.0530.0520.051U/V0.0490.0480100200300400500600m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.05271 2.06453E-5B -7.33992E-6 5.71108E-8------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99985 3.02908E-5 7 0.0001------------------------------------------------------------2、待测物体质量，比较两种电路灵敏度：单臂电桥：U= -53.17155 +0.00107 * m ; 待测物体电压：-52.57mV代入式子求得待测物体质量：m=562.20g全桥电路：U=0.05271 +（-7.33992E-6）* m；待测物体电压：0.0493V代入式子求得待测物体质量：m=464.58g单臂电桥S1=0.00107（mV/g）全桥电路S2=0.00734（mV/g）可知S3S2S1，即全桥电路的灵敏度高，单臂电桥的灵敏度低。

毕业设计说明书基于电阻应变片的称重传感器设计班姓学专指导教师：2014年 6 月基于电阻应变片的称重传感器设计摘要随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。

目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。

本文设计了一个电阻应变式的称重传感器。

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。

应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。

关键词：称重传感器，弹性体，电阻应变片Based on the design of resistance strain gauge load cellAbstractWith the progress of technology, electronic weighing apparatus made by the weighing sensor is widely used in all walks of life, to realize the rapid and accurate for material weighing, especially with the emergence of microprocessor, the constant improvement of the industrial production process automation, weighing sensor has become a necessary device in the process control. At present, apply to almost all weighing weighing sensors.In this paper, the design of a resistance strain type weighing sensor. Resistance strain type weighing sensor is based on the principle that elastomer (elastic element, sensitive beam) elastic deformation under the action of external force, the resistance strain gauge on the surface of the paste in his (cell) also along with the deformation and deformation resistance strain gauge, its value will change (increase/decrease), and then through the corresponding measurement circuit convert the resistance to electrical signals (voltage or current), so as to complete the process of external force transform into electrical signals. The design of the weighing sensor is the change of resistance strain gauge is used to determine the small strain of elastic element, so as to use force, stress and strain the relationship between the area to determine the size of the force, then the force of the mass of the body. The change of the resistance strain gauge can be obtained through the subsequent processing circuit.Keywords: Weighing sensors, elastomer, resistance strain gauge目录1 绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 国内外发展动态 (1)2 传感器的相关知识 (3)2.1 传感器概念 (3)2.2 传感器的工作原理 (3)2.3 传感器的组成结构 (5)3 电阻应变片的相关知识 (7)3.1 电阻应变片的结构和工作原理 (7)3.2 电阻应变效应 (8)3.2.1 金属材料的电阻应变效应 (8)3.2.2 电阻—应变特性 (8)3.2.3 应变片测试原理 (9)3.3 电阻应变片的种类及材料 (10)3.3.1 电阻应变片的种类 (10)3.2.2 电阻应变片的材料 (12)3.4 金属应变片的主要特性 (13)4 电阻应变式力传感器的设计 (19)4.1 柱形应变式力传感器 (19)4.1.1 利用拉伸与压缩应力的称重传感器 (20)4.1.2 柱式称重传感器的误差来源 (22)4.2 梁式力传感器 (23)5 粘贴技术及稳定处理 (27)5.1 应变片粘贴技术 (27)5.1.1 粘结剂的选择 (27)5.1.2 应变计的粘贴 (27)5.2 弹性元件材料的稳定处理 (28)6 电阻应变式传感器的信号处理电路 (31)6.1 转换电路 (31)6.2 直流电桥 (31)6.3 电路图设计 (36)6.4 电路仿真 (36)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1．1 课题研究的背景现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、“大脑”。

对于微小变化，d 故有，R

S
L
L L 2 S S S
L 应变： L 引入两个概念 D D 泊松比： L L

R L S R L S
2DD S S 4 4 S D 2 S D
R1 U U R1 1 2 R R1 2 4 R 1 R1 2R
R R1 1 1 R1 1 2R R1 0 2R
U o
U R1 4 R
以上说明：单臂工作时，输出电压与应变片电阻变化率之间是近
似的线性关系，实际上是非线性关系。这会带来非线性误差。
压阻式固态压力传感器
利用扩散工艺制作的四个 半导体应变电阻处于同一硅片 上，工艺一致性好，灵敏度相 等，漂移抵消，迟滞、蠕变非 常小，动态响应快。
压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片
隔离、承压膜片 可以将腐蚀性的气体、 液体与硅膜片 隔离开 来。
p 压阻式固态 压力传感器
内部结构
信号处 理电路
导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象， 称为电阻应变效应

金属应变片有:丝式和箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小.

应变效应：
受外力F作用 应力 L，S， R
dR dL L d L dS 对R按应力 求全微分得： 2 d S d S d S d
r r t t 若半导体只沿纵向受应 力，则 r E 式中： r t 纵向、横向压阻系数 E 半导体弹性模数
R (1 2 r E ) r E R
r t 纵向、横向应力 纵向应变
' ' R1' R1 1，R2 R2 1，R3' R3 1，R4 R4 1，

一、应变片压力传感器
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片
图1 应变片压力传感器示意图
谢谢大家！专业专注源自专心《化工仪表与自动化控制》
——应变片式压力传感器
工作单位：山东轻工职业学院
主讲：石飞
一、应变片压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半 导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸） 应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输 出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力 计。

CFBLY轮辐压力传感器就是一款应变片式压力传感器，其工作原理是运用了应变式，量程是200kg~100t之间，已经广泛应用于工业系统中力的测量和天车秤、轨道衡、料斗秤等各种称重、测力的工业自动化测量控制系统。

应变式压力传感器，从字面了解，其应变式是原理，其压力传感器是产品类型，而CFBLY轮辐压力传感器就是这样的一款传感器。

1、应变式原理
其内部基本构造一般是由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。

敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。

敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。

基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。

因此它必须作得很薄，一般为
0.03-0.06mm，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起。

2、压力传感器外形尺寸简图：
3、压力传感器主要量程型号：
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。

公司除大规模生产各种规格的高精度、高稳定性、高可靠性常规产品外,还可根据用户具体要求设计特殊的非标传感器,以满足用户的特殊要求。

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2
k0
dR (1 2 )
R
几何尺寸
0
不变
dR dl 2dr d
R l r 弹
性
所以 dR d = E
模 量
R
压阻效应 系数
3.2.2 电阻应变片的工作原理
电阻应变片式传感器是利用了金属和半导体材料的“应变效应”的原理。
如图所示，当电阻丝受到拉力F时，其阻值发生变化。 材料电阻值的变化，一是受力后材料的几何尺寸变化；二是受力后材
料的电阻率也发生了变化。
以圆柱形导体为例，根据电阻的定义
电阻丝 截面积
电阻丝 电阻率
d
dR R
1
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
k0
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，一般取1.73.6
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
对于金属导体， 当材料受力变 形时其导电率 不变，起主要 作用的是几何 效应。 所以：
0
d
dR R
1
R l l A r2
电阻丝 长度
电阻丝半径
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 的变化为 dl、dA、d ， ,相应的电阻变化为 dR 。
对式
R
l A
l
r2
全微分得
对于金属丝而言， 变形前后的体积
dR R
dl l
2dr r
d
是不变的，即径
向收缩与轴向伸 长成一定的比例 关系：
dr dl
r
l
泊松比--即横向收 缩与纵向伸长之比
轴向 应变
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形时， 其自由电子的活动能力和数 量均发生了变化的缘故。

电阻应变式压力传感器的原理
电阻应变式压力传感器是一种常见的压力测量装置，其工作原理基于电阻在受力作用下发生应变的特性。

该传感器通常由一个金属薄膜或金属箔片制成，被粘贴或固定在一个特殊的基座上。

金属薄膜上通常有细微的导电电阻线路，这些线路被连接到外部电路上。

当传感器受到压力时，薄膜或箔片发生弯曲或拉伸，导致电阻线路的长度、宽度或电阻值发生变化。

通过测量电阻值的变化，可以间接确定压力的大小。

传感器外部的电路会通过电流的流过测量电阻并采集电阻值，根据电阻值的变化可以计算出压力的数值。

为了提高传感器的灵敏度和精度，常常采用电桥的结构来测量电阻值。

电桥由四个电阻元件组成，其中一个是传感器本身，其余三个用作参考电阻。

传感器和参考电阻之间形成一个电路，应变导致电桥平衡被破坏，使电桥的电压输出不为零。

通过测量电桥的电压输出，可以将其转化为压力值。

电阻应变式压力传感器的工作原理基于电阻值的变化，因此其测量的精度和灵敏度受到传感器材料、结构和外界环境等因素的影响。

为了保证测量的准确性，需要对传感器进行校准，并选择合适的传感器类型和参数。

四种压力传感器的基本工作原理及特点四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。

为电阻应变式压力传感器。

1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。

箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm 。

丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。

制成了纸基的电阻丝式应变片。

测量时，测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片电阻片也跟随变形。

如下图所示。

B 为栅宽，L 为基长。

为基长。

材料的电阻变化率由下式决定：材料的电阻变化率由下式决定：d d d R A R A r r=+ （1） 式中；式中；R —材料电阻由材料力学知识得；由材料力学知识得； [(12)(12)]dRR C K m m e e =++-= (2) K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得可得 R L K K R Le D D == (3) 由式(2)可知，可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。

金属丝式应变片，金属丝易脱胶，逐渐 被箔式所取代。但金属丝式应变片价格便宜， 多用于大批量、一次性试验。
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。箔式应变片与片基的接 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，目前广泛用于各 种应变式传感器中。
金属丝式应变片的 结构
a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型
热敏电阻 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号
1—热敏电阻
2—玻璃外壳 3—引出线
4—紫铜外壳 5—传热安装孔
PTC热敏电阻
PTC热敏电阻属于临界温度型（CTR）。 当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降， 可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。大功率 PTC还可用作暖风机中的加热元件。
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。
应变式力传感器
F
F
F
F
S型力传感器
各种悬臂梁
各种悬臂梁
F
F
固定点
固定点
电缆
应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形
应变式荷重传感器的外形及
应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
为0.2。
所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小
的变化量，将R
2021/7/22
/R转换为输出电压Uo。
33
什么是电桥
不平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成 一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”。 有4个结点。在a、c结点之间接入电源Ui，而另一 对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端Uo 。 b、d的对地电压相等时称作 “电桥平衡”；反之， 称作“电桥不平衡”。 电桥平衡的条件是： 上下桥臂的左右位置 电阻比例相等。

2 电阻 - 应变效应 考察一段圆截面的导线 (金属丝 ) ,图 1,设其长为
L ,截面积为 A (直径为 D ) ,原始电阻为 R
R =ρ L
(1)
A
式中 ,ρ为金属丝的电阻率 。
式中 , c为常数 (由一定的材料和加工方式决定 ) ,
dV = dL + dA = ( 1 - 2μ)ε。将式 ( 5)代入 ( 4) ,且当 ΔR
S tra in Type P ressu re S enso r and D esign of Its A pp lica tion C ircu it
李 艳 李新娥 裴东兴
(中北大学动态测试与智能仪器教育部重点实验室 ,山西 太原 030051)
摘 要 :电阻应变式传感器在实际工程中应用较广 。本文重点介绍了电阻应变片 ,应变式压力传感器的工作原理以及相关应用电路 。 关键词 :应变式压力传感器 ;电阻应变片 ;测量电桥
(1)加强管理 ,使用人员要经常检查秤体四周 ,传
感器部位 ,接线盒等 ,发现有异物或数据不正常后立
即上报 ,即时排查 。
(2)可安装一台监控器 ,即时监控电子汽车衡四
周的环境 ,使作弊者不能在传感器上装作弊模块 。
(3)尽量使用数字传感器 ,这样作弊装置就不起
作用 。
(4)使用者要制定一个严格 、完善 、科学的监控制 度 ,并严格执行 ,不给作弊者以可乘之机 。 4 结论
李新娥 ,裴东兴 ,中北大学 (太原 030051) 。 收稿时间 : 2007 - 08 - 24
(上接第 34页 ) 最显著的优点是 , 可以很容易的得到精密的轴孔配 合 ,使径向摆动减小到最低限度 ,这就为平面平行性 的修理创造了十分有利的条件 , 大大提高了修理效 率 。实践证明 ,径向间隙过大的千分尺 ,即使再花费 数小时 ,甚至一天的时间 ,平面平行性也很难修好 。 加焊套圈后 ,一般磨损的测量面 ,手工研磨要约半个 小时就能修好 ,平面性可达一条干涉带 ( 01003mm )平 行性两条干涉带 ,平行性变化几近于零 ,而焊套圈的

应变片压力传感器变送电路的设计作者：卜俊开来源：《建筑科技与经济》2016年第12期摘要：电阻应变片压力传感器在实际工程中应用较广，本文采用XTR106芯片设计出低功耗、低漂移、低失调增益非线性可调的应变片压力传感器的变送电路。

关键词：电阻应变片压力传感器Abstract： The resistance strain gauge pressure sensor in practical engineering broader XTR106 chip design low-power， low-drift， low offset adjustable gain nonlinear strain gauge pressure sensor transmitter circuit this article.Keywords： resistance strain gauge pressure sensor1.引言传感器的应用遍及军事、科研、工业、商业、交通、环保、医疗、卫生、气象、海洋、航空、家用电器等各个领域和部门。

它是生产自动化、科学测试、计量核算、检测诊断等系统中不可缺少的基础环节。

今天，很难找到一个科学领域或产业部门，能够完全脱离传感器而存在。

由于传感器的使用，使生产过程的控制和产品性能的检测才有保证。

所以它是提高产品竞争力的强有力手段，是获取经济效益的有效途径。

传感器是将能够感受到的被测量按照一定的规律转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。

传感器种类繁多，有不同的分类方式，按检测功能可分为温度、压力、湿度、流量、速度、加速度、磁场、光通量等，其最常用的是温度传感器、压力传感器和流量传感器。

2.应变片基本结构应变片基本结构如图1所示，几十年来这种构造几乎没有发生过原理性的变化。

电阻应变式压力传感器工作原理
电阻应变式压力传感器是一种常用的压力测量装置，它基于电阻应变效应来测量被测介质的压力。

该传感器的工作原理如下：在传感器的感应元件上贴有一层薄膜，该膜片具有电阻应变特性。

当被测介质的压力作用于膜片上时，膜片会产生变形，从而引起感应元件上电阻的改变。

这是因为在应变作用下，导电材料的电阻会发生变化。

一般情况下，电阻应变式压力传感器采用电桥的形式进行测量。

电桥的四个臂分别是两个电阻应变元件和两个固定电阻。

其中，两个电阻应变元件分别用作测量臂和补偿臂。

当无压力作用时，电桥处于平衡状态，此时输出电压为零。

而当被测介质的压力作用在感应元件上时，电桥会失去平衡，产生微小的电阻差，从而造成电桥的输出电压发生变化，该变化与被测介质的压力成正比。

为了提高传感器的灵敏度和测量精度，一般会采取一些措施，如增大感应元件的应变量、采用负载电阻匹配等。

总的来说，电阻应变式压力传感器利用电阻应变特性将被测介质的压力转化为电阻的改变，通过测量电桥的输出电压来间接获得压力值。

这种传感器具有体积小、响应速度快、测量范围广等优点，因此在工业控制、仪器仪表等领域得到广泛应用。

传感器简图：
灵敏度与误差分析：

误差来源
电阻应变片引起的误差 用应变片测量时，由于环境温度所引起的电阻变化与试 件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产 生很大的测量误差。 造成应变片温度误差的原因主要有 两个：
（1）应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；
（2）电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。

本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性 元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定 力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化 可以通过后续的处理电路求得。
设计初衷：

随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到 各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机 的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成 为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗 等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制。
(1 2)

由材料电阻率变化引起的
( ) 1


对于金属材料 ( ) 1 项的值比 (1 2) 小很多，可以忽略， 所以 K 1 2 大量实验证明， 在电阻丝拉伸比例极限内，电阻 的相对变化与应变对于金属丝材料成正比，即为常数。通常金属丝 的=1.7-3,6。可写成
电阻应变片式 压力传感器1 (1)
光电传感器
超声波液位传感器

与此相比我们的传感器具有结构简单，定位精度 较高，不需调试，灵敏度较高，耗电少，体积小 等诸多优点。
较之不足的就是定位精度稳定性与市场成熟的传 感器还有差距

设计初衷：

随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到 各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机 的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成 为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗 等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制。

本科生课程设计成绩评定表指导教师签字：年月日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 基于电阻应变片的称重传感器设计初始条件：要求完成的主要任务:时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1.绪论 (1)1.1概述 (1)1.2设计任务分析 (1)2.方案选择与分析 (2)2.1方案选择 (2)2.1.1总体方案设计 (2)2.1.2硬件的方案设计与论证 (2)2.2弹性元件的设计 (4)2.2.1弹性元件选择 (4)2.2.2双孔梁受力分析及尺寸设计 (6)2.3电阻应变片的设计 (7)2.3.1应变片的结构选择 (7)2.3.2应变片的材料选择 (7)2.4原理简述 (9)3.检测电路设计 (11)3.1电桥电路 (11)3.2电源电路的设计 (12)3.3前级放大电路 (12)3.4检波滤波电路 (13)3.5显示电路设计 (14)4.传感器的封装与装配 (16)5.误差源分析及处理 (16)6.传感器的标定 (17)7.体会心得 (17)参考文献 (18)附录1：元器件清单 (19)附录2：参考程序 (20)附录3：零件图 (23)附录4：装配图 (24)附录5：电路图 (24)附录5：电路图 (25)1.绪论1.1概述传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。

现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。

同时我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已成为了测试测量不可或缺的环节。

因此，学习、研究并在实践中不断运用传感器技术是具有重大意义的。

随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。

而且随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。

电阻应变式压力传感器工作原理细解2011-10-14 15:37元器件交易网字号：中心议题：电阻应变式压力传感器工作原理微压力传感器接口电路设计微压力传感器接口系统的软件设计微压力传感器接口电路测试与结果分析解决方案：电桥放大电路设计AD7715接口电路设计单片机接口电路设计本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量，然后用INA118放大器将此信号放大，用7715A/D 进行模数转换，将转换完成的数字量经单片机处理，最后由LCD将其显示，采用LM334 做的精密5 V 恒流源为电桥电路供电，完成了微压力传感器接口电路设计，既能保证检测的实时性，也能提高测量精度。

微压力传感器信号是控制器的前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。

后续接口电路主要指信号调节和转换电路，即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。

由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在：零点输出和零点温漂，灵敏度温漂，输出信号非线性，输出信号幅值低或不标准化等问题。

本文的研究工作，主要集中在以下几个方面：(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。

(2)系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及接口电路，包括A/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。

(3)对系统采用的软件设计进行研究，并简要阐述主要流程图，包括主程序、A/D 转换程序、1602显示程序。

1 电阻应变式压力传感器工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。

当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。

这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。

把4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。

四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。

1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。

箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm。

丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 ?，通常为120 ?，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。

测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。

如下图所示。

B为栅宽，L为基长。

材料的电阻变化率由下式决定：R Ad d d（1）R A式中；R—材料电阻由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K (2)K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得RLK K R L (3) 由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。

1.3电阻应变式传感器的分类及特点测低压用的膜片式压力传感器常用的电阻应变式压力传感器包括测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器1.3.1膜片——应变筒式压力传感器的特点该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。

应变片压力传感器原理与应用HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】应变片压力传感器原理与应用电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。

它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。

电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。

金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。

通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。

根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。

而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。

一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。

当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。