应变式传感器应用举例

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。

１ 引 言
电子秤 中的电阻应变 式传感 器又称 称重传 感器，是一种能够将 重 力转变为 电信号的力～ 电转换装置 ，是电子衡器的一个关键 部件。能 够实现力一 电转换的传感器有多种 ，但绝大多数衡器产品所用的还是 电阻应 变式称 重传感器 。 电阻应变式称 重传感器 结构 简单，价格低 廉 ，精度较高 ，线性度好 ，且能够在相对 比较差的环境下使用 。因此 电阻应 变式 称 重 传 感 器在 电子 衡 器 中得 到 了广 泛的 运 用 。
４ ． １柱 式称 重传 感 器
电阻应变式传感器的使用方法主要有两种 。第一种是将应变片直 接粘贴 于被测构件上 ，用来 测量构件 的应变或应力 ；第二种是将应变 片粘贴 于弹性元件上 ，与弹性元件 一起构成 电阻应变式传感器 。弹性 元件将被测物 理量转 换为成 正比变化 的应变 ，再通过应变 片转换为 电
阻变 化 输 出 。 电阻应变式传感器应变 电阻的变化是极其微弱的 ，电阻相对变化 率仅为０ ． ２ ９ ６ 左 右 。要 精 确 地 测 量 这 么 微 小 的 电阻 变 化 是 非 常 困难 的 ，
般 的电阻测量仪表无法满 足要求 。通常采用 惠斯通 电桥 电路进行测 量 ，将 电阻相对变化△Ｒ 一～Ｒ 转换为 电压或 电流 的变化 ，再用测量仪 表或 电阻应变 式传感器专用测量 电路便可 以简单方便地进行测量。 惠斯通电桥电路 如图１ 所示。Ｒ ｌ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 、Ｒ ４ 为 四个桥臂的电阻， 电桥 的供 电电压 为ｕ ，电桥 输出 电压为 。在被 测物体 未施 加作用 力 时 ， 应 变 为 零 ，应 变 电 阻 没 有 变 化 ， 四 个 桥 臂 的 初 始 电 阻 满 足 Ｒ １ ／ Ｒ ２ ＝ Ｒ ３ ／ Ｒ ４ 时 ，桥 路 输 出 电压 Ｕ ＾ 为 零 ， 即 桥路 平 衡 。 如果 电桥 电压 保持不变 ，电桥 的输 出电压ｕ Ｏ 可 以用下式近似表

应变式传感器应用实例嘿，朋友！想象一下这样一个场景，在一个阳光明媚的早晨，你走进了一家现代化的工厂。

机器轰鸣，工人们忙碌地穿梭其中。

而在这看似繁忙却又有条不紊的生产线上，有一些小小的“功臣”在默默发挥着巨大的作用，它们就是应变式传感器。

你看，那边正在运作的大型压力机旁，有个小小的装置，那就是应变式压力传感器。

工人师傅小李正专注地盯着仪表盘上的数据，额头上微微渗出了汗珠。

这台压力机可是生产线上的关键设备，它冲压出的零部件必须达到精确的规格。

要是没有这个应变式压力传感器，那可就像是盲人摸象，全凭感觉啦！“这玩意儿可真靠谱，要是没有它实时监测压力，咱们这活儿可不好干咯！”小李一边擦汗，一边笑着和旁边的工友说道。

再来到一处建筑工地，起重机正在吊起沉重的建筑材料。

在起重机的吊钩部位，也安装着应变式传感器。

负责操作起重机的老张，通过驾驶室里的显示屏，清晰地了解到吊钩所承受的重量。

“这传感器就像是我的眼睛，让我心里有底，能稳稳地吊起这些材料，不怕超重出危险。

”老张一脸认真地说。

还有啊，在高速公路的桥梁上，也隐藏着应变式传感器的身影。

它们时刻监测着桥梁的受力情况，就像是桥梁的“健康卫士”。

一旦发现桥梁有任何异常的受力变化，就能及时发出警报，保障过往车辆的安全。

想象一下，如果没有这些应变式传感器，工厂里可能会生产出大量不合格的产品，建筑工地上可能会发生危险的事故，高速公路上的桥梁说不定哪天就突然“生病”了。

这应变式传感器，不就像是我们生活中的隐形英雄吗？它们悄无声息地工作着，为我们的生活保驾护航。

它们在汽车制造中，能精确测量零部件的应力，确保汽车的质量和安全性能；在航空航天领域，帮助监测飞行器结构的受力状况，保障飞行安全。

难道你还能说应变式传感器不重要吗？它们的应用无处不在，已经深深地融入了我们的现代生活，成为了不可或缺的一部分。

无论是工业生产、建筑工程，还是交通运输等领域，应变式传感器都发挥着至关重要的作用，为我们创造了更安全、更高效、更精确的生活环境。

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 。

电阻应变效应与电阻应变式传感器李洪津 邹来智 史延龄电阻应变式传感器是直接利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器,具有灵敏度高、稳定性好等优点,因此广泛应用于力矩、压力、加速度、重量等测量领域。

一、电阻应变效应外力作用于金属或半导体材料,使其发生机械变形,此时金属或半导体材料的电阻值就会随之发生变化,这种现象称为 电阻应变效应。

对于一根金属电阻丝,设其电阻率为 、长度为l、横截面积为S,则在未受力时,金属电阻丝的原始电阻为R= l/S。

当金属电阻丝受到拉力作用时将伸长d l,横截面积相应减少d S,电阻率改变d ,从而引起金属电阻的变化d R= d l/S+l d /S- ld S/S2。

半导体材料在受到外力作用时,除产生形变外,其能带结构也要发生变化,从而引起电阻率更大的改变。

一般情况下,半导体材料的灵敏度比金属丝高50~80倍。

二、电阻应变片电阻应变片形式多样,常见的金属丝式电阻应变片和金属箔式电阻应变片都是由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成的(如图1)。

敏感栅是核心部件,由具有电阻应变效应的金属材料制成。

敏感栅粘在由绝缘材料制成的基片上,其上的覆盖层保护敏感栅。

基片受力后发生形变,带动敏感栅变形,于是敏感栅电阻产生变化。

测得应变片电阻值变化量后,便可得到外力的大小。

图1 金属电阻应变传感元器件敏感栅材料需要达到如下要求:灵敏系数大,且在相当大的应变范围内保持常数; 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;电阻温度系数小,否则阻值会因环境温度变化而改变;与铜线的焊接性能好,与其他金属的接触电势小;机械强度高,具有优良的机械加工性能。

半导体材料的电阻应变片,一般是在单晶硅的基片上用扩散工艺或离子注入工艺及溅射工艺制成一定形状的应变元件。

摩托罗拉公司的产品就是在单晶硅膜边沿上倾斜安置应变元件。

当压力垂直施加于硅膜片时,产生剪切应力,使电阻变化。

半导体材料的电阻应变片灵敏度比金属丝式和金属箔式电阻应变片要高,但半导体材料受温度影响大,所以其应用受到一定限制。

感 器 亦称 换 能器 ， 是利 用 各 种 物理 、 学 及 生物 效应 实 传 感 器 就 将 被 测 物 理 量 的 变 化转 换 成 电 信 号 的 变 化 化 现 非 电量按 一定 的规律 转换 成 便 于处 理和 传输 的电量 量 ． 过 电桥 电路及 补偿 电路输 出电信 号 通 过测量 再通
一
２ 扭 矩传 感器 、 在扭 矩测 量 中． 电阻应 变式 扭矩 传感 器是 最 常用 的 种， 弹性 元件有 圆轴 ， 和板 等多种形 式 ． 其 杆 圆轴 式扭
而 伸 长 时长 度 增 加 ， 面 积 减 小 ， 截 电阻 值增 大 ； 当金 属 矩 传 感器 的弹性 元 件 感受 扭 转变 形． 和板 式 扭矩 传 杆 丝 受 外 力作 用 压 缩 时 。 度 减 小 。 面 积增 加 ， 长 截 电阻 值 感 器是 将扭 转变 形 转为 弯 曲变 形．其弹 性元 件感 受弯
在 日常 生 活 中 。 们 大 量 的 使 用 传 感 器 ． 如 ： 我 例 电 ｆ 载荷 ， 如 位移， 力等１ 压 能够在 弹性元 件上 产生 弹性 变形 视机 的遥 控器 利 用 红 外光 发 射 接 收传 感 器 控 制 电 视 ： ｆ 变１ 应 。 而粘贴 在 弹性 元件 表 面的 电阻应 变 计 可 以将感 受 到 弹性 变形 转 变 成 电阻值 的变化 ．这样 电 阻应 变式 麦 克 风是一 种 把声音 信 号转 换 成 电信号 的传感 器 。传
２１ ０ ２年第 １ 期
福
建 电
脑 Leabharlann １９ ５ 电 阻应 变 式传 感器 的工 作 原 理及 应 用
付 晓 鸥
（本 溪 市机 电工程 学校 辽 宁 本 溪 １７ ０ １０ ０）
【 摘 要 】 本文 阐述 了应 变效 应 、 阻应 变式传 感 器工作 原理及 其 应 用。 ： 电 【 关键词 】 ：应 变效应 ； 电阻应 变式传 感 器 ； 用 。 应

原因
（1）应变片的敏感栅具有一定温度系数； （2）应变片材料与测试材料的线膨胀系数不同。
3.4 电阻应变片的测量电路
单臂应变电桥
工作臂 双臂应变电桥 全臂应变电桥
应
变
电源
直流电桥：
电
交流电桥:
桥
电源端对称
桥臂关系 半等臂电桥 输出端对称
全等臂电桥
3.4.1 直流电桥
平衡条件 R1R4=R2R3
n=R2/R1=R4/R3
常用金属薄膜应变片
金属应变片的基本结构
转换元件 F
敏感元件
二、半导体应变片结构 体型、薄膜型和扩散型
1、体型半导体应变片 半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成片状小
条，经腐蚀压焊粘贴在基片上制成。
体型半导体应变片的结构
2、薄膜型半导体应变片
通过薄膜制备技术，在带有绝缘层的试件上沉积 半导体材料薄膜而制成。
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； ③ 电阻温度系数小，以免环境温度变化改变其阻值； 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。
表3-1 常用金属电阻丝材料的性能
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于 它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形 范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上 能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当 采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在 ±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于焊 接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
Κ κ 卡帕 Kappa 介质常数 Λ λ 兰姆达 Lambda 波长（小写）；体积 Μ μ 缪 Mu 磁导系数；微 ;放大因数（小写） Ν ν 纽 Nu 磁阻系数 Ξ ξ 克西 Xi Ο ο 奥米克戎 Omicron Π π 派 Pi 圆周率=圆周÷直径=3.1416 Ρ ρ 柔 Rho 电阻系数（小写） Σ σ 西格玛 总和（大写），表面密度；跨导（小写） Τ τ 陶 Tau 时间常数 Υ υ 宇普西隆 Upsilon 位移 Φ φ 斐(佛爱) Phi 磁通； 角 Χ x 西 Chi Ψ ψ 普西 Psi 角速；介质电通量（静电力线）；角 Ω ω 欧米伽 Omega 欧姆（大写）；角速（小写）；

理。
成本较高
电阻应变式传感器的制造成本 较高，价格相对较贵。
对激励电源要求高
电阻应变式传感器需要稳定的 激励电源，对电源的要求较高
。
05 发展趋势与展望
技术创新与改进
微型化
随着微电子和纳米技术的发展， 电阻应变式传感器正朝着微型化 方向发展，以提高测量精度和灵
敏度。
智能化
集成化、智能化的传感器已成为趋 势，通过与微处理器和算法结合， 实现自校准、自补偿和自适应等功 能。
电阻应变片的结构与工作原理
01 基底
02 敏感栅
03 引线
04 盖片
05 工作原理
支撑电阻丝并传递应力的 介质。
由金属丝或金属箔制成的 敏感元件，用于感受形变 并产生电阻变化。
连接敏感栅与测量电路的 导线。
保护敏感栅和引线的覆盖 层。
当被测物体受到外力作用 时，粘贴在其上的电阻应 变片会随之产生形变，导 致敏感栅的电阻值发生变 化。通过测量电路可以测 量出电阻值的变化，从而 推算出受力的大小。
传感器简介
电阻应变式传感器由敏感元件、转换元件和测量电路组成， 其中敏感元件负责感知被测量的变化，转换元件将敏感元件 输出的应变信号转换为电信号，测量电路则对电信号进行测 量和输出。
电阻应变式传感器的敏感元件通常采用金属箔、金属丝等材 料，当受到外力作用时，这些材料会发生形变，导致其电阻 值发生变化，从而输出相应的电信号。
多功能化
为了满足复杂环境下的测量需求， 电阻应变式传感器正朝着多功能化 方向发展，如压力、温度、湿度等 多参数测量。
应用领域的拓展
医疗健康
01
用于监测生理参数，如血压、心电等，为医疗诊断和治疗提供
支持。
智能制造

改变力的大小即可改变传感器输出图1-1电桥电路 IRJ3 *IXnxB.S应支传感器实验模枫liw实验一电阻应变式传感器的应用一一电子称实验一、实验目的1、了解和掌握电阻应变式传感器的工作原理和特性；2、了解和掌握电阻应变式全桥测量电路的优点及应变式全桥测量电路的应用；3、掌握电阻应变式传感器的标定方法和误差的计算方法。

二、实验原理电阻应变式传感器由弹性体、电阻应变片和电桥电路三部分组成，当弹性体受力作 用时产生变形£，粘贴在弹性体上的四个电阻应变片R1、R2、R3、R4受到变形作用而产生电阻的变化△R1、A R2、A R3、△R4，将受力性质相同的两个电阻应变片接入电桥的对边，不同性质的应变片接入电桥的邻边，四个电阻应变片组成如图1-1所示电桥，当电桥的两端加上电压时，传感器受力作用时，由于电桥的阻值不平衡，则在电桥的另两端将有电压输出，该输出电压与外加的力成比例, 电压的大小。

三、实验仪器与设备QSCGQ-ZT2型测控技术试验台、CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

四. 实验步骤1. 按图1-2全桥实验接线图将传感器接入全桥电路，并用万用表检查桥路阻抗，电桥阻抗应为350欧；图1-2全桥实验接线图 一接主盘尊—电魔输曲按主挖蕭菸救县东-电鶴输出Vi.宦!-L_；■2、从QSCGQ-ZT2型测控技术试验台中可调电源部分调整±4V电源接入CGQ-013实验模块上；3、从QSCGQ-ZT2型测控技术试验台中引入电源±15V接CGQ-001实验模块，检查无误后，合上主控箱电源开关。

4、将CGQ-001实验模块输出端V02与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi相连，电压表的切换开关打到2V档；5、放大器调零：将CGQ-001实验模块中调节增益电位器Rw1顺时针调节到中间位置，然后进行差动放大器调零，使电压表显示0.00V。

简述应变式传感器的三类应用应变式传感器广泛应用于工业生产、结构监测和生物医学等领域。

第一类应用是工业生产领域。

在工业领域中，应变式传感器可以用于测量机械设备的应变情况，监测机器的工作状态和运行性能。

例如，通过安装应变式传感器在工业机器的关键部位，可以实时监测其受力情况，并及时预警可能的故障和损坏，从而提高机器的安全性和可靠性。

第二类应用是结构监测领域。

在建筑、桥梁、航空航天等领域中，应变式传感器被广泛应用于结构的健康监测和评估。

通过安装应变式传感器在结构体上，可以实时监测结构的应变情况，并获取结构的力学性能和变形信息。

利用这些监测数据，可以进行结构的健康状况评估，及时发现结构的损伤、疲劳和变形等问题，并采取相应的维护和修复措施，确保结构的安全可靠运行。

第三类应用是生物医学领域。

应变式传感器可以用于生物医学研究和临床医学诊断。

例如，应变式传感器可以被植入或贴附于人体组织或器官上，用于监测和记录生理信号和活动，如心率、呼吸率、肌肉运动和外界刺激等。

这些监测数据可以帮助医生了解患者的健康状况，进行疾病的诊断和治疗。

同时，应变式传感器在生物医学研究中也起到了重要作用，如研究材料力学性质、组织力学变化和运动生理等领域，为医学科学的发展提供了基础数据。

实验一应变式传感器一、应变片单臂电桥性能实验〔一〕、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。

〔二〕、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。

一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。

此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得〔1—1〕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ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。

对式〔1—1〕全微分得电阻变化率 dR/R为：〔1—2〕式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为左右；负号表示两者的变化方向相反。

将式〔1—3〕代入式〔1—2〕得：〔1—4〕式〔1—4〕说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变〔几何效应〕和本身特有的导电性能〔压阻效应〕。

2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取〔1—5〕其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。

金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。

(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。

关于应变式传感器的应用一、电阻应变片的结构及工作原理：1、应变片基本结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。

其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。

将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电阻丝应变片。

2、电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。

它是基于电阻应变效应而制成的。

即导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应。

3、应变片类型有：应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。

金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片，半导体应变片。

二、应变式传感器应用：1.应变式测力与荷重传感器；⑴柱式力传感器；⑵梁式力传感器。

2、电阻应变式侧力传感器在功率测定方面的应用就是这种例子2，测功机广泛应用于使用中的汽车、拖拉机、飞机、船舶、工程机械、矿山机械的实际抢出功率和工作效率的在线检测, 它为设备优化设计和质检提供可亦的数据。

以前的测功机采用机械刻度盘式, 目前正逐渐被带徽机的数显式测功机所取代。

功率测定对于确定新设计的动力机械的工作能力、能源消耗、效率、使用寿命及安全性能等都是一个极为重要的特性参数, 对老设备进行技术改造也需要进行功率测定。

功率测定的首要问题是选择合适的测力传感器, 这种传感器既要满足一定的技术指标, 又要满足设备的结构尺寸要求。

例如, SL型传感器就是为改造小功率柴油机测功设备而专门研制的。

现在，电阻应变式测力传感器在柴油机生产等行业得到广泛应用, 为提高内燃机的品质、降低能耗起到重要的作用。

2、能源计量能源在贸易和使用中精确的计量是十分必要的。

原来的计量器具都是机械式的, 存在称量慢、精度低、操作维修不方便等缺陷。

目前由于传感器技术的飞速发展, 各种电子计量器具应用已十分普迫。

应变式压力传感器
应变式压力传感器是一种常用于工程和科学领域的传感器，其原理是利用材料
在受力作用下发生形变的特性来检测压力。

这种传感器对于测量各种物体的压力具有广泛的应用，比如在汽车制造中用于监测轮胎压力、在医疗设备中用于监测生理信号等。

工作原理
应变式压力传感器通常由弹性材料制成，当物体受到压力作用时，传感器的形
状会发生微小的变化，其电阻值也会随之改变。

这种电阻值的变化可以通过电路进行测量和记录，从而得到受力物体的压力值。

应用领域
应变式压力传感器在工业控制、医疗设备、航空航天等领域都有广泛的应用。

在工业控制中，它可以用于检测流体管道的压力，帮助进行流体控制和监测。

在医疗设备中，应变式压力传感器可用于测量心跳、血压等生理信号，帮助医生进行疾病诊断和治疗。

在航空航天领域，这种传感器可用于飞行器和宇航设备的压力监测，确保设备安全运行。

优点与局限
应变式压力传感器具有结构简单、成本低廉、灵敏度高的优点，但也存在一些
局限性。

例如，受限于弹性材料的特性，这种传感器的工作范围和耐久性可能受到一定的限制，需要根据具体的应用场景选择合适的传感器类型。

综上所述，应变式压力传感器作为一种常用的传感器类型，在工程和科学领域
具有重要的应用意义，其基本原理、应用领域和优缺点都值得我们深入了解和研究。

通过不断提升传感器技术水平，可以进一步拓展其在各个领域的应用，为现代科技发展提供更多可能性。

图2-4 荷重传感器
a)外形图 b)内部图 c)圆柱展开图
a)
b)
c)
U om KF UB
2.4.2 电阻应变式荷重传感器在电子 衡器中的应用

传感器在电子秤中的应用 荷重传感器在电子汽车秤中的应用 传感器在动态电子汽车秤中的应用
2.5 应变式电阻加速度传感器

由牛顿第二定律可知，物体的加速度与其质量的乘 积就是作用在物体上的力F。因此要检测物体的加 速度，可以通过测量其所受的力来获得。应变式电 阻加速度传感器就是利用这个原理来测量物体的加 速度的。
2.4 应变式电阻荷重传感器
2.4.1 应变式电阻荷重传感器 2.4.2 电阻应变式荷重传感器在电子衡器中的 应用

2.4.1 应变式电阻荷重传感器

应变式电阻荷重传感器是一种用于测力和称重等方 面的传感器。
F F ε ε
Fm=100× 103 N KF=2 mV /V
3
ε ε


钢制圆筒在受到沿轴向的挤压力时，会产生轴向压 应变和径向拉应变。 实际应用中，荷重传感器的铭牌上均标出灵敏度， 以及满量程，并把荷重传感器的灵敏度定义为
2.1.2 弹性敏感元件的分类

1. 变换力的弹性敏感元件 变换力的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。


2. 变换压力的弹性敏感元件 弹簧管弹性敏感元件 波纹管弹性敏感元件 薄壁圆筒弹性敏感元件
2.2 应变式电阻传感器原理及测量电 路
2.2.1 电阻应变片的结构及工作原理 2.2.2 测量电路


全桥形式具有温度自补偿功能。 应变式电阻传感器广泛应用在力、加速度等有 关物理量的测量中；扩散硅压力传感器应用在 测量气体和液位的压力中。

F (a)实心圆柱 (a)实心圆柱 图2-19
由材料力学知识，在弹性限度内: 由材料力学知识，在弹性限度内:
∆l ε= l F σ= S σ = Eε
面积
杨氏模量 F 三式联立解得: 三式联立解得: ε = （2 − 48） ES F ∆R = k ⋅ε = k ⋅ （2 − 49） 故 R ES k ∆R （2 − 50） 令 kZ = 则: = k z ⋅ F ES R
R1 R5 R1 R2 R6 R3 R7 R4 R8 R6 R8 R3 u0 R5 R2 R7 R4
U0 (b) 桥路连接 柱式力传感器应变片的粘贴与桥路连接 图2-20 柱式力传感器应变片的粘贴与桥路连接 (a) 圆柱面展开图
例2-2 梁式力传感器
(1) 等强度梁 一端固定，一端自由， 一端固定，一端自由，厚 度为h,长度l，固定端宽 度为b0,力F 作用在三角 形顶点。其表面应变为 ： 形顶点。
24 Fl ε= 2 bh E （2 − 52）
4只应变片
R1 R4 (b) 等截面悬臂梁 R1、R4 R2、R3 l F
b
h
(3) 固定梁
4只应变片
3Fl ε= 2 bh E
（2 − 53）
R1 R4 (c) 双端固定梁 双端固定梁 F R1、R4
b
h R2、R3 l/2 l/2 l/2 l/2
∆R 6 Fl = K Sε = K S 2 R b0 h E
b0 h 2 E ∆R ⇒F= 6K S l R
由于是全差动电桥，应有： 由于是全差动电桥，应有：
∆R U 0 = R E
杨氏模量
所以： 所以：
Eb0 h 2 U 0 F= 6K S l E
输出电压 供桥电压

力度传感器原理及应用力度传感器是一种测量或检测物体受力大小的装置，主要通过转换物体受力产生的位移、压缩、膨胀或弯曲等形变，将其转化为电信号输出。

该传感器在工业自动化、机器人控制、汽车制造、医疗设备等领域有广泛的应用。

力度传感器的工作原理基于一些基本概念和物理效应，如应变、电阻、电容、电感、Hall效应、薄膜等。

下面将介绍其中几种常见的力度传感器原理及其应用：1. 应变式力度传感器：应变式力度传感器通过测量物体在受力作用下产生的应变，来间接测量施加在物体上的力的大小。

常见的应变式力度传感器有金属应变式、薄膜式和纳米应变式传感器。

应变式力度传感器广泛应用于压力测量、力控测试、材料性能研究等领域。

2. 压阻式力度传感器：压阻式力度传感器是一种利用材料电阻值随力的大小而产生变化的原理来测量力度的传感器。

当受力作用于该传感器时，材料电阻发生变化，通过测量电阻值的变化来确定力度的大小。

压阻式力度传感器可以应用于测量压力、重量、触探力等场合。

3. 电容式力度传感器：电容式力度传感器是一种通过测量电容器两极板的电容值的变化来间接测量力度的传感器。

当受力作用于所测物体时，物体上的电容器两极板之间的距离发生变化，进而导致电容值的变化。

电容式力度传感器常应用于测量微小力度或振动的场合，如微机械系统、触摸屏等。

4. 磁电式力度传感器：磁电式力度传感器是利用磁电效应来间接测量物体受力大小的传感器。

该传感器将受力物体放置在磁电陶瓷材料上，当受力物体的应力施加到磁电材料上时，产生相应的电压信号输出。

磁电式力度传感器多应用于测量动态力度的场合，如机械振动、冲击、碰撞等。

力度传感器的应用十分广泛，下面列举几个具体的应用领域：1. 工业自动化：力度传感器在工业自动化中可用于监测机器设备的工作状态，检测零件装配的力度，确保产品质量和设备的稳定性。

2. 机器人控制：力度传感器可用于机器人控制中的力控任务，使机器人能够感知和适应不同环境下的外力，从而实现更精确的操作和更高的安全性能。

变阻器式传感器产品
位移传感器电子尺
案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
案例：煤气包储量检测
原理：钢丝->收线圈数 ->电位器->电阻Байду номын сангаас
钢丝 煤气包
应变式力传感器 F
F
F
F
各种悬臂梁
各种悬臂梁
F 固定点 F 固定点
电缆
应变片在悬臂梁上的粘贴及变形
应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R1
R 2
应变式荷重传感器外形及受力位置
F
F
应变式荷重传感器外形及受力位置
F
F
荷重传感器原理演示
荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴
向变短，径向变长。
汽车衡
汽车衡
汽车衡称重系统
汽车衡称重系统 电子秤
远距离 显示 超市打印秤
磅秤
电子天平
度比被测溶液的高度高，因而
腰形筒微压传感器处于负压状 态。 为了提高测量的灵敏度，安装了两只性能完全相同的 微压传感器。
应变式加速度传感器
应变式加速度传感器结构示意图 1—等强度梁 2—质量块 3—壳体 4—电阻应变片
在低频（10～60Hz）振动测量中得到广泛的应用， 但不适用于频率较高的振动和冲击。
材料应变的测量
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
电阻应变式传感器的应用：测力
标准产品
案例：冲床生产记数
和生产过程监测
案例：机器人握力测量
案例：振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打 洞、爆破等破坏行为均可及时发现。