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《传感器应用技术》电子课件 4-5电阻应变式传感器的参数

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《电阻应变式传感器》课件

《电阻应变式传感器》课件


1
电阻应变效应简介
深入了解电阻应变效应的基本原理和工作机制。
2
变形与电阻变化的关系
解释传感器受力变形时导致电阻变化的关系。
3
应变片的材料和制作工艺
探索应变片所使用的材料和制作工艺，以及其对传感器性能的影响。
电路设计
桥式电路的原理
了解桥式电路在电阻应变式传感 器中的作用和原理。
电阻应变式传感器的电路 设计要点
常见故障及排除方法
提供常见故障和ห้องสมุดไป่ตู้题的排除方法，确保传感器 的正常运行。
结论
1 优缺点和特点
总结电阻应变式传感器的优缺点和特点，了解其适用性和局限性。
2 市场前景和研究方向
展望电阻应变式传感器在未来的市场前景和可能的研究方向。
《电阻应变式传感器》 PPT课件
这是一份关于电阻应变式传感器的课件，将介绍该传感器的概述、原理、电 路设计和应用实例，帮助您理解其优缺点和市场前景。
传感器的概述
电阻应变式传感器
了解什么是电阻应变式传感器以及其在不同领 域的应用。
传感器的类型和特点
探索不同类型的传感器及其独特的特点和优势。
电阻应变式原理
探索设计电路时需要注意的关键 要点。
信号放大与滤波电路的设计
讲解信号放大和滤波电路在传感 器中的设计原则。
应用实例
1
工业自动化控制
展示电阻应变式传感器在工业领域中实
航空航天、汽车和建筑
2
际应用的案例。
探索电阻应变式传感器在航空航天、汽 车和建筑等领域的广泛应用。
维护与保养
维护周期和方法
讲解电阻应变式传感器的维护周期和适当的维 护方法。
《电阻应变式传感器》课件

《电阻应变式传感器》课件

薄膜电阻应变式传感器利用薄膜材料制作，具有高灵敏度、低热误差等特点；微型电阻应变式传感器则具有体积 小、重量轻、易于集成等优点，常用于微机电系统等领域。
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应，即当半导体受到外力作用时 ，其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
《传感器技术与应用》课件第二章电阻式传感器

《传感器技术与应用》课件第二章电阻式传感器

《传感器技术与应用 》课件第二章电阻式 传感器
目 录
• 电阻式传感器的概述 • 电阻式传感器的特性 • 电阻式传感器的设计与优化 • 电阻式传感器的实际应用案例 • 电阻式传感器的发展趋势与挑战 • 习题与思考题
01
电阻式传感器的概述
定义与工作原理
定义
电阻式传感器是一种将物理量（ 如力、压力、温度等）转换为电 阻值变化的传感器。
电阻式传感器的应用场景
01
02
03
04
压力测量
用于工业自动化、航空航天、 医疗等领域，如气瓶压力、气
瓶压力、血压计等。
流量测量
用于流量计、水表、煤气表等 仪表中，实现流量的精确测量
。
温度测量
用于温度计、温控器等仪表中 ，实现温度的精确测量。
重量测量
用于电子秤、天平等设备中， 实现重量的精确测量。
02
电阻式传感器的特性
线性与非线性
线性
电阻式传感器在一定范围内，其输出 电压或电阻值与输入的物理量呈线性 关系，使得测量结果更为准确。
非线性
当输入量超过一定范围，电阻式传感 器的输出与输入呈非线性关系，需要 进行线性化处理或选择合适的测量范 围。
灵敏度与分辨率
灵敏度
电阻式传感器对单位输入量的变化所产生的输出量的变化，是衡量传感器性能 的重要参数。
采用先进的信号处理技术和算法优化， 提取更准确的测量结果。
对传感器的敏感材料进行表面修饰和 功能化，增强其对特定被测物的响应。
温度稳定性与抗干扰性的改进
温度补偿技术
通过引入温度补偿机制，降低或消除传感器因温度变化引起的误 差。
噪声抑制与抗干扰设计
采用有效的噪声抑制和抗干扰设计，降低外部干扰对传感器性能的 影响。
电阻应变式传感器的工作原理PPT课件可编辑全文

电阻应变式传感器的工作原理PPT课件可编辑全文


图为 应变片敏感栅半
圆弧部分的形状。沿 轴向应变为ε，沿横向 应变为εr 。
θ
dθ
dl
20丝21绕式应变片敏感栅半圆弧形部分
若敏感栅有n根纵栅，每根长为l，半径为r，在轴
向应变ε作用下，全部纵栅的变形视为ΔL1
ΔL1= n lε 半圆弧横栅同时受到ε和εr的作用，在任一微小段长度 d l = r dθ上的应变εθ可由材料力学公式求得
1 2r1 2rco 2s
每个圆弧形横栅的变形量Δl为
l 0 rd l0 rd 2 r r
纵栅为n根的应变片共有n-1个半圆弧横栅，全部横栅
的变形量为 L2n20 212 1rr
应变片敏感栅的总变形为
L L 1 L 2 2 n 2 n l 1 r n 2 1 rr
敏感栅栅丝的总长为L，敏感栅的灵敏系数为KS，则 电阻相对变化为
2021
2.箔式应变片 它是利用照相制版或光刻技术将厚约0.003～0.01mm的金
属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。 优点：①.可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅，其栅长l可 做0.2mm，以适应不同的测量要求；②.与被测件粘贴结面积 大； ③.散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏 度； ④.横向效应小。
中给出了为1/10和1/20时δ的数值。
误差δ的计算结果
l
δ（%）
1/10
1.62
1/20
0.52
2021
由表可知，应变片栅长与正弦应变波的波长之比愈
小，相对误差δ愈小。当选中的应变片栅长为应变波长
的（1/10~1/20）时，δ将小于2%。
因为
f
式中 υ——应变波在试件中的传播速度； f——应变片的可测频率。
《电阻应变传感器》PPT课件

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38
§3 电阻应变片的温度误差及补偿
3.2 温度补偿方法
两大类： 桥路补偿和应变片自补偿。
39
一、桥路补偿法
桥路补偿是称补偿片法。 图(a)是电桥补偿法的原理图。 电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为：
Uo=A(R1R4-RBR3)
R1
RB
Uo
R3
R4
U
~
(a)
F
R1
F
RB
R1—工 作 应 变RB片—；补 偿 应 变 片
dr dl
r
l
式中, μ为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。
10
dR (1 2 ) d
R
dR dl dS d RlS
或dRd源自R (1 2 ) 通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系
数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达
式为
dR
d
K R 1 2
当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环境温度为t 的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有
Uo A(R1R4 RBR3) 0
工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电阻。
41
当温度升高或降低Δt=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电 阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即
折算应变为：
t
lt
l0
( 丝 试 )t
37
3.1 应变片的温度误差产生原因
由此引起电阻的变化为：
Rt R0 K t R0 K ( 丝 试 )t
则引起总的电阻的变化为：
Rt Rt Rt R0t R0 K ( 丝 试 )t
则附加虚假应变量为：
最新传感器与测试技术课件第五章电阻应变片ppt课件

最新传感器与测试技术课件第五章电阻应变片ppt课件

o短接式应变片敏感栅平行排列，两端用直径比栅线直径大 5～10倍的镀银丝短接而成，其优点是克服了横向效应 (xiàoyìng)。
第十三页，共50页。
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
➢箔式应变(yìngbiàn)片：利用照相制版或光刻技术， 将厚约为0.003～0.01mm的金属箔片制成敏感栅。
应变片
第二十四页，共50页。
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
➢直流电桥的工作
(gōngzuò)原理
输出 U0 U ab
(shūc
U ad
(
R1
R1R3 R2
R2 )(R3
R4 R4
)
U
I
平h衡ū)条件： R1R3 R2R4
工作时，各桥臂阻值变化，则输出电压U0 0
定义(dìngyì)电桥的灵敏度S为B：
R L/A
任一参数变化均会引起电阻(diànzǔ)变化,求导数
dR
A
dL
L
A2
dA
L A
d
代入 R L / A
dR dL dA d R LA
第六页，共50页。
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
x——电阻丝轴向相对变形(biàn xíng)，或称 纵y—向—应电变阻。丝径向相对变形(biàn xíng)，或称横向应
传感器与测试技术
第5章 电阻应变式传感器
第二篇 常用传感器的原理(yuánlǐ)及应 用
第5章 电阻(diànzǔ)应变式传 感器
1.掌握传感器工作原理及性能
2.了解传感器结构、种类
3.掌握测量电路(diànlù)及其补偿方法
4.掌握应变片的布置及接桥方式
电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章 力敏传感器

电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章 力敏传感器


第四章 力敏传感器
常见的压电式传感器
第四章 力敏传感器
2.压电材料特点和分类
用于制作压电元件的压电材料一般分为三大类： 一是压电晶体（单晶），它包括石英晶体和其他 压电单晶； 二是压电陶瓷； 三是新型压电材料，其中有压电半导体和有机高 分子压电材料两种。
第四章 力敏传感器
石英晶体薄片
压电陶瓷
第四章 力敏传感器
二、压电材料的主要特性参数
1.压电常数
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接 关系到压电元件输出的灵敏度。
2.弹性常数
压电材料的弹性常数、刚度决定着压电元件的固有 频率和动态特性。
3.介电常数
对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介 电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率 下限。
电阻应变片的工作原理是利用导体或半导体材料 的电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下， 会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化的现象。
第四章 力敏传感器
实验表明，在金属丝的弹性变形范围内，当金属 丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，当 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。
第四章 力敏传感器
二以使用面积和电阻值表示，如 （3×10）mm2，120Ω。
2.应变片的灵敏系数K 3.应变片允许工作电流 4.应变极限 5.横向效应
第四章 力敏传感器
三、电阻应变片的选用
1.电阻应变片的选择 （1）应变片结构形式的选择
第四章 力敏传感器
名称 丝式 箔式 薄膜式
特点 制造简单、价格便宜、性能稳定、易于粘贴等优点，但蠕 变较大，金属丝易脱胶，逐渐被箔式所取代，多用于大批量、 一次性试验 表面积与截面积之比大，散热条件好，允许通过较大电流， 从而增大输出信号，提高灵敏度；可根据测量需要制成任意 形状，在制造工艺上能保证敏感栅尺寸准确线条均匀；具有 较好的可挠性，有利于粘贴及应变的传递；易加工，适于批 量生产 应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现 工业化生产，但难以控制电阻与温度和时间的变化关系，是 一种很有前途的新型应变片
传感器原理与应用课件 第4章 电阻应变式传感器

传感器原理与应用课件 第4章 电阻应变式传感器

差动全桥电路
由四个电阻应变片组成桥式电路，相对两片受拉，另相对两片受压，输出电压 是单片电阻应变片的8倍，提高了灵敏度和减小了非线性误差。
差分放大电路
作用
将电桥输出信号进行放大，便于 传输和处理。
特点
具有抑制零点漂移、抑制干扰信 号和共模信号、提高放大倍数等 作用。
电压放大电路
作用
将差分放大电路的输出信号进一步放大，以满足后续处理电路的需要。查传感器的重复性。
线性校准
在多个不同的应变状态下，检 查传感器的线性输出。
维护与保养
定期清洁
使用柔软的干布清洁传感器表 面，避免使用含有化学物质的
清洁剂。
检查电缆
定期检查电缆是否破损或松动 ，保持电缆干燥。
防尘防水
保持传感器表面清洁，避免灰 尘和水的侵入。
存储
在长期不使用时，将传感器存 放在干燥、无尘的地方。
常见故障与排除方法
01
02
03
无输出
检查电源是否正常，检查 电缆是否连接良好，检查 传感器是否损坏。
输出不稳定
检查周围是否存在干扰源 ，检查传感器是否安装牢 固。
精度下降
可能是由于长期使用或环 境因素导致的，需要进行 校准或更换传感器。
THANKS
其他类型的电阻应变式传感器
01
其他类型的电阻应变式传感器包 括薄膜电阻应变片、厚膜电阻应 变片等。
02
这些传感器具有不同的结构和工 作原理，适用于不同的应用场景 。
03
电阻应变式传感器的测量电 路
电桥电路
差动半桥电路
由两个电阻应变片反向串联组成，输出电压与单片电阻应变片的输出电压相比 提高了一倍，减小了温度误差。
振动测量
电阻应变式传感器资料课件

电阻应变式传感器资料课件


优点与局限性
高精度测量
电阻应变式传感器具有较高的测量精 度，能够满足多种高精度测量需求。
稳定性好
传感器结构简单，稳定性好，长期使 用不易出现故障。
优点与局限性
抗干扰能力强
传感器输出的信号较大，不易受到外界干扰的影响。
应用范围广
电阻应变式传感器可应用于多种行业和领域，如压力、位移、力等的测量。
优点与局限性
在电子称重系统中的应用
01
电子称重系统
利用电阻应变式传感器测量物体的质量或重量，如电子秤、天平等。
02
原理
当被测物体放置在传感器上时，传感器受到压力产生应变，导致电阻值
发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到物体的质量或重量。
03
应用领域
食品行业、制药行业、实验室等。
05
电阻应变式传感器的优缺点与 发展趋势
应用领域
工业过程控制、气瓶压力监测、汽 车发动机管理等。
在加速度计中的应用
加速度计
01
利用电阻应变式传感器测量物体的加速度，如振动监测、车辆
安全系统等。
原理
02
当加速度作用在敏感元件上时，敏感元件产生应变，导致电阻
值发生变化，通过测量电阻值的变化即可得到加速度值。
应用领域
03
振动监测、车辆安全系统、地震监测等。
电阻应变片的种类与特性
电阻应变片有多种类型，如单轴、双轴和三轴应变片，不同类型的应变片 适用于不同的测量需求。
应变片的特性包括灵敏度、线性范围、滞后、重复性、温度影响等，这些 特性对应变片的性能和使用具有重要影响。
应变片的灵敏度是指电阻值变化量与机械应变之间的比例系数，线性范围 是指应变片输出与输入之间保持线性关系的范围。
绪论 《传感器技术与应用》课件

绪论 《传感器技术与应用》课件

数字式仪表 的特点： 准确，但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
2020/7/7
15
LED、LCD的特点：
LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高， 但不利于夜间观察。
2020/7/7
16
图像显示
特点—— 能显示复杂的 图形和曲线， 但价格昂贵。
2020/7/7
17
记录仪
主要 用来记录 被检测对 象的动态 变化过程。
本书的章节目录
第1章 传感器理论基础 第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器 第4章 电容式传感器 第5章 压电式传感器 第6章 热电式传感器 第7章 光电式传感器 第8章 霍尔传感器 第9章 波式传感器 第10章 传感器在工业中的应用
2020/7/7
1
检测技术
信息科学的一个重要分支，与计算机技 术、自动控制技术和通信技术构成了信 息技术的完整学科。
2020/7/7
28
提高可靠性 承受剧烈振动
2020/7/7
29
应用新技术和新的物理效应，扩大检 测领域
2020/7/7
月球车
30
鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号 在通过电缆传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号 的影响，各种传感器输出信号形式众多，使检测仪器 与传感器的接口电路无法统一和标准化，实施起来颇 为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展， 采用贴片封装方式、体积大大缩小的通用和专用集成 电路愈来愈普遍；因此，目前已有不少传感器实现了 敏感元件与信号调理电路的集成和一体化，对外直接 输出标准的4～20 mA电流信号；成为名符其实的变 送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大 的方便，从而亦使得这类传感器身价倍增。其次，一 些厂商把两种或两种以上的敏感元件集成于一体，而 成为可实现多种功能新型组合式传感器。例如，将热 敏元件和湿敏元件和信号调理电路集成在一起，一个 传感器可同时完成温度和湿度的测量。
《电阻应变式传感器》PPT课件

《电阻应变式传感器》PPT课件


F
F
dρ/ρ 金属丝电阻率的相对变化
l+dl
dA/A 金属丝截面积的相对变化
dl/l =εx 金属丝长度的相对变化 用εx 表示，称为金属丝长度方向的应变，简称轴向线应变
常用单位με( 1 με=10-6 mm/mm )
因为A=πr2，dA=2πrdr
dA A
2 dr r
2 y
（式2-4）
dr/r =εy 金属丝截面积上半径的相对变化， 用εy 表示，称为金属丝截面积上径向应变，简称径向应变
金属应变片的敏感栅通常是呈栅状。 它由轴向（直段）纵栅和圆弧（拐弯段）横栅两部分组成， 如下图所示。
横栅 r
σ
εx
轴向应变
纵栅 l0
εy
横栅 r
σ
εx
εy
εx
εy
由于试件承受单向应力σ时，应变片表面处于平面应变状态中， 即轴向（拉伸）应变εx 和横向（收缩）应变εy 。
电阻式传感器的基本原理 各种电阻材料，受被测量（如：位移、应变、压力、光、 热等）的作用，将产生电阻参数的变化。 即将测量转换成电阻参数。
电阻式传感器有： 电位计式、应变计式、压阻式、光电式和热电阻式等。
本章主要讨论： 电阻应变（计）式传感器 其它电阻式传感器本章不讨论
4
第一节 电阻应变计的基本工作原理
16
d
E x
（式2-9）
dR R
(1
2 ) x
d
（式2-6）
将(式2-9) 代入(式2-6) 得 半导体材料在轴向应变εx 作用下电阻相对变化dR/R为：
结论：
dR R
[(1 2) E] x
Ks x
式中： Ks=1+2μ+πE 半导体材料的应变灵敏度系数

《电阻应变传感器》课件

电阻应变传感器经过适当的封装和保 护，能够在恶劣环境下稳定工作。
电阻应变传感器的缺点
对温度敏感
电阻应变传感器的电阻 值受温度影响较大，需
要进行温度补偿。
长期稳定性问题
长时间使用下，电阻应 变传感器的性能可能会 发生漂移，需要定期校
准。
低频响应较差
对于低频范围内的应变 变化，电阻应变传感器 的响应速度可能会比较
应变式压力传感器
总结词
利用电阻应变片的形变来测量压力的大小。
详细描述
应变式压力传感器通常由压力敏感元件、基座、电阻应变片和测量电路组成。当压力作 用于敏感元件时，元件发生形变，带动应变片发生形变，导致电阻值发生变化，通过测 量电路将电阻变化转换为电信号，从而实现对压力的精确测量。应变式压力传感器广泛
《电阻应变传感器》ppt课件
$number {01}
目录
• 电阻应变传感器简介 • 电阻应变传感器的类型与结构 • 电阻应变传感器的测量电路 • 电阻应变传感器的应用实例 • 电阻应变传感器的优缺点与展望
01
电阻应变传感器简介
电阻应变传感器的定义与工作原理
定义
电阻应变传感器是一种将应变转 换为电阻变化的传感器。
05
电阻应变传感器的优缺点与 展望
电阻应变传感器的优点
高灵敏度
电阻应变传感器能够检测到微小的应 变变化，因此具有很高的灵敏度。
稳定性好
电阻应变传感器易于与微电子技术相 结合，实现小型化和集成化。
线性响应
电阻应变传感器的输出与输入之间具 有良好的线性关系，使得测量结果更 为准确。
易于实现小型化和集成化
陶瓷电阻应变片
总结词
陶瓷电阻应变片具有耐高温、耐腐蚀、抗辐射等优点，适用于各种恶劣环境下的 测量。

《传感器应用技术》课件


总结
1 应用技术的优势
传感器应用技术能够实现智能化控制、提高效率和安全性，推动社会发展和产业升级。
2 应用技术的挑战
传感器应用技术面临着可靠性、成本、标准化等挑战，需要不断创新和改进。
3 发展趋势
未来，传感器应用技术将朝着智能化、互联化和可持续发展的方向发展。
传感器的原理
传感器的工作原理是基于物理现象或化学反应，并将其转换成可以测量的信 号。 常见的传感器原理包括电阻、电磁感应、压力、光电、温度、声音等。
传感器的应用
工业自动化
传感器在工业生产中起着关键作用，用于监测和控制各种参数，提高生产效率与质量。
智能家居
传感器在智能家居系统中用于自动化控制、安全监测和能源管理，提供更智能、便捷和舒适 的居家环境。
选型案例
通过典型传感器的选型案例， 了解如何根据应用需求选择最 合适的传感器。
传感器的发展趋势Βιβλιοθήκη 1技术的发展历程传感器技术经历了长足的发展，不断推动着各行各业的创新和进步。
2
技术的发展趋势
随着物联网、人工智能和大数据的发展，传感器技术将更加智能化、多样化和高效化。
3
应用的前景
未来，传感器将在智能城市、智能交通、环境监测等领域发挥更广泛的作用。
智能医疗
传感器在医疗设备和监护系统中发挥重要作用，用于监测患者的生理参数，提供实时数据和 诊断支持。
传感器选择与设计
参数选择
在选择传感器时，需要考虑适 用范围、精度、响应速度等参 数，以满足特定应用的需求。
设计要点
在传感器设计中，需要考虑电 路设计、信号处理、防护措施 等关键因素，以确保性能和可 靠性。
《传感器应用技术》PPT 课件
感谢大家来参加《传感器应用技术》PPT课件。在本课程中，我们将深入了解 传感器的定义、原理和应用，以及传感器选择和设计的要点。让我们一起探 索传感器技术的未来发展趋势！

电阻应变式传感器课件


2(r－dr) 2r
L
F
F
L＋dL
电阻应变式传感器
5.1.1 电阻丝的电阻应变效应
由材料力学可知，在弹性范围内，若电阻 丝受拉伸，则沿轴向（纵向）伸长，沿径 向（横向）缩短，纵向应变与横向应变的
关系可表示为： y x
2(r－dr) 2r
L
F
F
L＋dL
电阻应变式传感器
5.1.1 电阻丝的电阻应变效应
电阻应变式传感器
2．金属电阻应变片的类型
薄膜应变片是采用真空蒸镀技术在薄的绝 缘基片上蒸镀上金属电阻材料薄膜，最后 加上保护层制成的，其优点是应变灵敏系 数高，允许电流密度大等。
电阻应变式传感器
3．金属电阻应变片的粘贴
应用时通过粘合剂把应变片粘贴在测试件 表面上。 通过粘合剂和基底的传递作用使敏感栅感 受测试件表面的变形和应变。 如何使测试件表面的变形和应变准确地传 递给敏感栅是应变片测量的关键之一。
本章内容简介
电阻应变式传感器是一种典型的结构型传 感器，它利用电阻应变效应，将力、力矩、 压力等物理量转换为电信号。 电阻应变片是电阻应变式传感器的核心元 件。 本章首先介绍电阻应变效应，然后介绍电 阻应变片的类型、结构和基本特性。
电阻应变式传感器
本章内容简介
电阻应变式传感器最常用的测量电路是电 桥，本章对测量电桥的类型、结构和工作 原理、特性和应用做了分析。 温度误差是电阻应变式传感器的主要误差， 本章对温度误差的产生做了分析，并给出 了温度补偿的措施。 作为典型应用，最后介绍了几种最常用的 金属电阻应变式力传感器。
引起的，即（1+2μ）项，往往称之为几 何效应； – 二是因受力后电阻丝的电阻率发生变化 而引起的，即后面的一项，往往称之为 压阻效应。

传感器与检测技术第3章电阻应变式传感器ppt课件


Rt=R0（1+α0Δt）
(3 - 14)
式中: Rt——温度为t ℃时电阻值; R0——温度为t0℃时电阻值;
α0——金属丝电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。
当温度变化Δt时, 电阻丝电阻的变化值为
ΔRt=Rt- R0= R0α0Δt
（3 - 15）
(2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
一、 直流电桥
1. 电桥如下图 3 - 5 所示, E为直流电源, R1、R2、R3及R4为 桥臂电阻, RL为负载电阻。
当RL=∞时
U0
E( R1 R1 R2
R3 ) R3 R4
（3-28）
当电桥平衡时, U0=0, 则有
R1R4 = R2R3
或
R1 R3
R2 R4
（3-29）
式（3 - 29）称为电桥平衡条件。这说明欲使电桥平衡, 其 相邻两臂电阻的比值应相等, 或相对两臂电阻的乘积相等。
测量应变时, 工作应变片R1粘贴在被测试件表面上, 补偿 应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上, 且仅 工作应变片承受应变。 如上图 3 - 4 所示。
当被测试件不承受应变时, R1和RB又处于同一环境温 度为t ℃的温度场中, 调整电桥参数，使之达到平衡, 有
Uo=A(R1R4-RBR3)=0
三、电阻应变片的主要参数
1、电阻值 R 电阻值R是指电阻应变片在没有粘贴、也不受力时，
在室温下的电阻值。它由一个系列，阻值分别是 60Ω、120Ω、350Ω、600Ω和1000Ω。
其中最常用的是120Ω 它的特点是阻值越大，承受电压越大，输出的信号
也越大，但同时应变片尺寸也大。
2、最大工作电流 I

《传感器应用技术》电子课件 4-4电阻应变式传感器的结构

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电阻应变式传感器的结构
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课程组: 梁长垠、宋荣、苏全、韩君、张胜宇、贾方亮、梁召峰
课程内容 Course Contents
材料：紫铜，表面镀锡或镀银，便于焊接。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
粘结剂
作用：将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。用于使用金属 应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。
要求：将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
材料：分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的 有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温， 常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
金属电阻应变片构成材料
基片
作用：保持敏感栅、引线的几何形状及 其相对位置，被测构件上的应变不失真 地传递到敏感栅上。
要求：使敏感栅与弹性体之间具有足够 高的电绝缘性能；
材料：纸或有机高分子材料，如环氧树 脂等。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料
引线
作用：连接敏感栅和测量电路
要求：灵敏系数大且稳定，电阻率高，电阻 温度系数小，具有良好的焊接性能和抗氧化 性能。
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应变片的结构
金属电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层、引线和黏合剂等部分组成, 如图所示。
2.应变片的结构
金属电阻应变片构成材料

电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 5-2


一、电位器式位移传感器
把应变片粘贴于所需测量变形物体表面，敏感栅随 被测体表面变形而使电阻值改变，测量电阻的变化量可 得知变形大小。由于应变片具有体积小、使用简便、测 量灵敏度高，可进行动、静态测量，精度负荷要求，因 此广泛应用于力、压力、力矩、位移等物理量的测量。
电阻应变片式传感器是利用了金属盒半导体材料的 “应变效应”。金属盒半导体材料的电阻值随它承受机 械变形大小而发生变化的现象称为“应变效应”。
（3）底层处理
为了保证应变片能牢固的贴在试件上，并具有足够的绝缘 电阻，改善胶接性能，可在粘贴位置涂上一层底胶。
二、应变片的结构类型、形式
（4）贴片 在应变片上标出敏感栅的纵、横向中心线，在试件上按照测 量要求画出中心线。要求精密时可用光学投影的方法来确定位置。 确定好位置后，将应变片对准划线位置迅速贴上，然后盖一层玻 璃纸，用手指或胶辊加压，挤出气泡及多余的胶水，保证胶层尽 可能薄且均匀，加压时注意防止应变片错位。 （5）固化 黏合剂的固化是否完全，直接影响到胶的物理学性能。关键 是要掌握好温度、时间和循环周期。无论是自然干燥还是加热固 化，都要严格按照工业规范进行。为了防止强度降低、绝缘破坏 及电化腐蚀，在固化后的应变片应涂上防潮保护层，防潮层一般 可采用稀释的黏合胶。
二、应变片的结构类型、形式
1.应变片的结构类型 常用的电阻应变片有两大类，即金属电阻应变片和半导体 应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种。如图所示 为几种不同类型的电阻应变片示意图。
电阻应变片的结构
二、应变片的结构类型、形式
2、电阻应变片的主要参数 （1）应变片的电阻值（R0） （2）绝缘电阻值（R） （3）灵敏度系数（K） （4）机械滞后 （5）允许电流 （6）应变极限 （7）零漂和蠕变
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将电阻应变计安装在构件表面，在应变计轴线方向的单向应力作用下， 敏感栅的电阻变化率和引起此电阻变化的构件表面在应变计轴线方向的应
变ε之比，称为电阻应变计的灵敏系数K 即
它表示电阻应变计输出信号与输入信号在数量上的关系，是电阻应变 计的主要工作特性之一。
5.应变极限
• 应变极限
– 指在一定的温度下，指示 应变值与真实应变的相对 差值不超过规定值（一般 为1 0 ％）时的最大真实应 变值.
100% 90%
指示应变εi
1
εj
真实应变εg
6.最大工作电流
• 最大工作电流
– 应变片不因电流产生的热量而影响测量精度所允许通过 的最大电流。
– 静态测量时，最大工作电流为25m A ；在动态测量时， 可达7 5～1 0 0 m A 。
7.极限工作温度
• 极限工作温度
– 应变片在规定条件下，能保持其工作特性不变或在允许 范围内变化的最高工作温度或最低工作温度。
– 电阻值大，可承受的电压值大，但 提高电阻值会使敏感栅尺寸变大；
– 常见值：6 0 、1 20 、20 0 、350 、 50 0 、1 0 0 0 （Ω），其中1 20 和 350 Ω最常见。
3.绝缘电阻
• 绝缘电阻
– 敏感栅与基底之间 的电阻值
– 一般大于1 0 1 0Ω
4.灵敏系数
• 灵敏系数
1 . 几何尺寸 2. 应变片电阻值 3. 绝缘电阻 4 . 灵敏系数 5. 应变极限
6 . 最大工作电流 7 . 极限工作温度 8 . 机械滞后 9 . 零漂 1 0 . 蠕变
1.几何尺寸
• 几何尺寸
– 栅长 变片电阻值
• 应变片电阻值
– 没有安装也不受外力情况下，于室 温时测定的电阻值；
产生的原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的 应变量逐渐减少。
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8.机械滞后
• 机械滞后
–应变片粘贴在被测 指 试件上，当温度恒 示 定时，其加载特性 应
变
与卸载特性不重合， εi 即为机械滞后。
卸载 Δε
加载
机械应变εR
Δε1
8.机械滞后
机械滞后产生原因：
应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感栅电阻发生少 量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅受到的不适当 的变形或粘结剂固化不充分等。机械滞后值还与应变片所承受 的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。 所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少 因机械滞后所产生的实验误差。
9.零漂
零漂：
对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电 阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。
产生的原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐 变化；粘结剂固化不充分等。
10.蠕变
蠕变：
如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻 值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应 变量的方向相反。