应变式传感器

应变式压力传感器的原理及应用
一、应变式压力传感器的工作原理
应变式压力传感器是通过应变测量物体受力大小的一种传感器。

其工作原理是：在物体内部或表面放置应变片，当外部施加压力时，应变片就会发生形变并沿着其敏感方向产生感应电阻的变化。

传感器接收感应电阻的信号，并将其转化为电信号输出。

因此，当外界的压力改变时，应变感应电阻的值也随之改变，进而实现对压力变化的检测与测量。

二、应变式压力传感器在电子秤中的应用
电子秤是应变式压力传感器的主要应用领域之一。

在电子秤中，传感器被安装在秤盘下面，在物品放在秤盘上时，其所承受的重力会被传感器感知并转化为电信号，进而计算出物品的重量。

目前，市面上电子秤的类型繁多，其中最为流行的是称重范围较小（数百克至数千克）的电子秤。

这类秤采用应变式压力传感器作为其核心部件，具有灵敏度高、精度高、反应迅速的特点。

同时，由于应变式压应力传感器具有结构简单，易于维护等优点，因此在电子秤中的应用也较为广泛。

应变式传感器结构组成
应变式传感器是一种常用于测量物体应变或变形的传感器。

它的结构组成通常包括以下几个部分：
应变片（Strain Gauge）：应变片是应变式传感器的核心部件，通常由金属箔或薄膜制成。

当物体受到应变或变形时，应变片会发生形变，从而改变其电阻值。

基座（Backing Material）：基座是应变片的支撑结构，通常由非导电材料制成，用于固定和保护应变片。

导线（Lead Wires）：导线用于连接应变片与测量电路，将应变片的电阻变化转化为电信号。

粘合剂（Adhesive）：粘合剂用于将应变片固定在被测物体上，确保应变片与被测物体之间的紧密接触。

支撑结构（Support Structure）：支撑结构用于支撑和保护整个传感器，通常由金属或塑料材料制成。

电缆（Cable）：电缆用于将传感器的信号传输到测量仪器或数据采集系统。

以上是应变式传感器常见的结构组成，不同类型的应变式传感器可能会有一些额外的组件或特殊设计，以适应不同的测量需求和环境条件。

第三章 应变式传感器1． 什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

答：在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。

其表达式为ε⋅=K RdR，式中K 为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K 为常数。

金属电阻应变片的电阻相对变化量RdR与金属材料的轴向应变ε成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变ε转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。

2． 试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。

答：由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。

产生应变片温度误差的主要原因有：⑴由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。

⑵当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。

电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。

电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿法，应变片自补偿法是采用温度自补偿应变片或双金属线栅应变片来代替一般应变片，使之兼顾温度补偿作用。

3． 什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？答：如题图3-3所示电路为电桥电路。

若电桥电路的工作电源E 为直流电源，则该电桥称为直流电桥。

按应变所在电桥不同的工作桥臂，电桥可分为： ⑴单臂电桥，R 1为电阻应变片，R 2、R 3、R 4为电桥固定电阻。

其输出压为1104R R E U ∆⋅=⑵差动半桥电路，R 1、R 2为两个所受应变方向相反的应变片，R 3、R 4为电桥固定电阻。

其输出电压为：1102R R E U ∆⋅=题图3-3 直流电桥⑶差动全桥电路，R 1、R 2、R 3、R 4均为电阻应变片，且相邻两桥臂应变片所受应变方向相反。

其输出电压为：110R R E U ∆⋅= 4．拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问： （1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ （2）画出相应的电桥电路图。

第3章 电阻式传感器（知识点）知识点1 概述电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。

电阻式传感器应用广泛、种类繁多，如电位器式、应变式、热电阻和热敏电阻等；电位器式电阻传感器是一种把机械线位移或角位移输入量通过传感器电阻值的变化转换为电阻或电压输出的传感器；应变电阻式传感器是通过弹性元件的传递将被测量引起的形变转换为传感器敏感元件的电阻值变化。

知识点2 工作原理应变（stress ）是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。

当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状的应变称为弹性应变。

具有弹性应变特性的物体称为弹性元件。

应变电阻式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

应变电阻式传感器在力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量中得到了广泛的应用。

应变电阻式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的电阻应变片，引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过测量电路变成电压等电量输出。

输出的电压大小反映了被测物理量的大小。

知识点3 应变效应如图3.1所示。

一根具有应变效应的金属电阻丝，在未受力时，原始电阻值为：ALR ⋅=ρ （3.1）式中：R －电阻丝的电阻ρ－电阻丝的电阻率L －电阻丝的长度A －电阻丝的截面积。

图3.1 应变效应当电阻丝受到拉力F 作用时将伸长，横截面积相应减小，电阻率也将因形变而改变（增加），故引起的电阻值相对变化量通过对式（3.1）进行全微分可得：（3.6） 其中：LL∆－电阻丝轴向（长度）相对变化量，即轴向应变，用ε表示。

即： LLε∆= （3.7） 基于材料力学相关知识，径向应变与轴向应变的关系为：（3.8） 式中：μ－电阻丝材料的泊松比。

将（3.7）、（3.8）式代入（3.6）式可得：12R R ρμερ∆∆＝＋（＋） （3.9） 通常把单位应变引起的电阻值相对变化量称为电阻丝的灵敏度系数，表示为：（3.10）实验证明：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K 为常数。