第2章 电阻式传感器[62页]

若此时被测试件有应变ε 的作用，则工作应变片电阻R1 又产生新的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故
不产生新的增量。此时电桥输出电压为:
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
Uo = 由AR上1R式4K可ε知，电桥的输出电压Uo 仅与被测试件的应变ε
R4
R4
U0

R1R4 R2R3 U (R1 R2 )(R3 R4 )
等效电阻：
R R1R2 R3R4 R1 R2 R3 R4
R’
输 出 电 压
直流电源U
直流电桥平衡条件：
R1R4 R2 R3
当 R1R4 R2R3 时,电桥处于平衡状态，输出电压 U0 0 ， 电桥各臂均有电阻增量 R1, R2 , R3和R4，得
1. 应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，
称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主 要因素有以下两方面。 1) 电阻温度系数的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
2. 电阻应变片的温度补偿方法
1)电桥补偿
补偿片补偿
置于相同现场温度
补偿应变片
工
作
应
变
一、金属的应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值发生变化。
取一根长度为L，截面积为S，电阻率为ρ 的金 属丝，未受力时其电阻R为
R L
A
F Δ l、Δ A 、Δρ Δ R
当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面 积相应减小ΔA（取负号）, 电阻率将因晶格发生变形 等因素而改变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为
关系可表示为

2.1电位器式传感器
若电位器为空载（RL=∞）时 ,即空载特性为:
R Rx x K R x L
若把它作为分压器使用,且假定加在电位器A、B之 间的电压为Umax,则输出电压为
Ui Ui Uo x Ku x 。 Rx R L
2.1电位器式传感器
2(b h) KR =R/L， st
2.1电位器式传感器
图2-4给出了电位器的 负载特性曲线。 由图可知，电位器负载
越 重（RL越小），负载系数 m越大，相对输出电压A越 小，输 出电压Uo越低，则非线性 误差越大；反之，Uo越高， 非线性误差越小。
2.1电位器式传感器
2.1.4 非线性线绕电位器 非线性线绕电位 器是指其输出电压 （或电阻）与电刷行 程x之间具有非线性关 系的电位器。 理论上讲，这种 电位器可以实现任何 函数关系，故又称其 为函数电位器。
2.1电位器式传感器
工作原理: 作变阻器使用,则电阻与角度的关系为
Ra a amax Rmax
Ua x xmax U max
作为分压器使用,则有
结论：线性线绕电位器理想的输出、输入关 系遵循上述四个公式。
• 若线性电位器式传感器截面长、宽为b、 h，导线横截面积A，绕 线节距为t，则
Rmax xmax
• 说明: 从上式可以看出，金属丝的灵敏系数Ks受两个因素影响： 第一项（1+2μ），它是由于金属丝拉伸后，材料的几何尺寸发生 变化而引起的；
第二项
d /
x
，是由于材料发生变形时，其电阻发生变化而引起
由于项目前还不能用解析式来表示，所以Ks只能靠实验求得。实 验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化dR/R与应变 ε Χ 是成正比的，因而Ks为一常数，因此以增量表示为:

绕制或印刷导电线路
在弹性元件上绕制或印刷导电线路，确保 线路的电阻值和稳定性。
04
电阻式传感器的实际应用 案例
压力传感器
01
压力传感器是一种常见的电阻式传感器，它能够将压力信号转换为电 信号，从而实现压力的测量和控制。
02
在汽车工业中，压力传感器被广泛应用于发动机控制、气瓶压力监测 、空调系统等。
市场发展与竞争格局
市场需求
随着工业自动化、智能制造等领域的发展， 电阻式传感器的市场需求不断增长。
竞争格局
国内外企业在电阻式传感器市场上展开激烈竞争， 技术、品质和服务成为竞争的关键因素。
市场趋势
未来电阻式传感器市场将朝着智能化、小型 化、集成化、高精度和高可靠性的方向发展 。
06
总结与展望
电阻式传感器的重要地位
温度影响
电阻式传感器的电阻值会受到温度的影响，导致测量结果的误差。因此，需要采 取一定的温度补偿措施。
稳定性
经过长时间使用和多次测量后，电阻式传感器仍能保持其基本特性的能力，是衡 量传感器性能的重要指标。
响应时间与恢复时间
响应时间
电阻式传感器对输入物理量变化做出 反应的时间，即从输入变化到输出变 化所需的时间。
原材料准备
根据设计要求，准备所需的敏感材料、弹 性材料和辅助材料。
性能测试与校准
对制造完成的电阻式传感器进行性能测试 和校准，确保其测量精度和稳定性达到预 期要求。
制造弹性元件
根据设计图纸，采用机械加工或成型工艺 制造弹性元件。
组装与调整
将敏感元件、弹性元件和导电线路组装在 一起，并进行必要的调整和测试，以确保 传感器性能符合要求。
生物材料
结合生物材料，开发出具有生物 相容性和生物活性的传感器，用 于医疗、生物监测等领域。

U oU 4 i( R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4) 2 -3
由电工学
知识可知：
若桥路4个桥臂 相邻电阻的电阻 值变化趋势相反， 桥路的输出电压 反而相互叠加。
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电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3
调节RP ，最终可以 使R1/R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后的
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8
半导体应变片
半导体应变片的主要优点是灵敏度高； 缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻 与应变间非线性严重。
在使用时，需采用温度补偿及非线性补 偿措施。
箔式应变片的外形
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10
应变片主要性能指标举例
上表中，哪几个型号是半导体应变片？ 依据是什么？
应变片的粘贴：
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 =l/l称为电阻丝的轴向应变， 也称纵向应变。 x通常很小。例如，当 x为0.000001
（ 10-6 ）时，在工程中常表示为1m/m或1微应变 (1με)。
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非线性或断裂。
上述三种工作方式中，哪一种灵敏度最高?
哪一种灵敏度最低?
全桥的温度补偿原理
采用全桥（或 双臂半桥）能实现 温度自补偿。
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 最小；请说出半桥克 服温漂的原理！
四、应变效应的应用
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；