第13章应变片传感器的应用

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。

简述应变片的原理及应用1. 什么是应变片？应变片（Strain gauge）是一种常用于测量应变（strain）的传感器。

应变片通常由细长的金属箔片构成，含有一个或多个电阻片。

当载荷施加在应变片上时，金属箔片会发生应变，从而改变电阻的大小。

通过测量电阻的变化，可以间接测量应变的大小。

2. 应变片的工作原理应变片是通过电阻效应来测量应变的。

当细长金属箔片受到应变时，金属箔片会发生微小的形变，从而改变金属箔片内部电阻的大小。

根据电阻与电流之间的关系（欧姆定律），我们可以测量出电阻的变化来间接测量应变的大小。

应变片与电桥电路结合使用，通过测量电桥电路的电阻变化，可以得到应变的准确值。

3. 应变片的应用领域3.1 结构应变测量应变片广泛应用于结构工程领域，用于测量结构体受力状态下的应变情况。

例如，应变片可以安装在桥梁、建筑物、飞机机翼等结构上，通过测量结构的应变变化，可以了解结构所承受的力的大小和方向。

这对于结构的设计与性能评估非常重要。

3.2 材料力学实验在材料力学实验中，应变片被广泛应用于测量材料的应变情况。

通过在材料上安装应变片，可以测量不同位置的应变值，从而了解材料的机械性能。

材料力学实验中常常使用多个应变片来获得更精确的测量结果。

3.3 液压机械在液压机械中，应变片用于测量液压缸的应变情况。

通过测量应变片的应变变化，可以了解液压缸所承受的力的大小，从而判断液压缸的工作状态。

这对于液压机械的安全性和性能评估具有重要意义。

3.4 地震监测应变片也被应用于地震监测领域，用于测量地震过程中土壤和岩石的应变情况。

通过测量应变片的应变变化，可以了解地震震源与监测点之间的位移和应变关系，从而研究地震的发生机制和动力学特征。

4. 应变片的优势4.1 高精度应变片可以提供高精度的应变测量结果。

由于金属箔片的微小形变能够准确地改变电阻的大小，因此应变片可以测量非常小的应变量。

4.2 可靠性应变片具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，在不同环境和复杂工况下仍然能够提供准确可靠的测量结果。

应变片应用实例应变片是一种可以感知和测量物体表面应变的传感器。

它的工作原理是通过物体受力引起的应变改变片的形状，从而改变电阻值，进而测量应变的大小。

应变片广泛应用于工程、机械、汽车、航空航天等领域中，下面将以应用动画原理分析为例，介绍应变片的应用实例。

首先，我们来看一个汽车悬挂系统的应用实例。

在汽车行驶过程中，悬挂系统承受着车辆的重力和行驶时产生的动力。

为了保证汽车在行驶中的稳定性和车辆乘坐的舒适度，悬挂系统需要根据道路状况和车辆的运动状态来进行调节。

这时，可以将应变片应用在悬挂系统的弹簧上，通过测量弹簧的应变来判断车辆行驶时的状态。

当汽车经过颠簸的道路时，悬挂系统的弹簧会受到变形力，导致弹簧上的应变片发生应变。

应变片的电阻值会随着应变的大小而改变，通过测量电阻值的变化，可以得知弹簧受力的大小。

根据测得的数据，悬挂系统可以即时调节其阻尼力的大小，使得车辆的悬挂系统能够适应不同的道路状况，增加车辆的稳定性和乘坐舒适度。

另一个应变片的应用实例是在机械设备中的应用。

例如，当机械设备进行大型物体的加工或压力测试时，需要对物体的表面压力进行监测。

这时，可以将应变片安装在机械设备的夹持装置上或直接贴附在物体表面上。

当机械设备夹持物体时，物体对应变片施加压力，导致应变片的形状发生变化，进而改变电阻值。

通过测量电阻值的变化，可以得到物体施加压力的大小。

根据这个数据，机械设备可以调整夹持装置的力度，保证物体的加工或测试过程中施加的压力恰到好处，避免物体的破裂或变形。

这些应用实例显示了应变片在工程领域的广泛应用。

通过测量应变的大小，应变片能够提供关键的数据，帮助工程师和设计师改进产品和系统的性能。

而动画原理分析可以通过展示应变片在实际工作中的原理和数据变化，帮助人们理解和应用这项技术。

总之，应变片是一种广泛应用的传感器，可用于测量物体表面的应变。

通过应用动画原理分析，我们可以更好地理解和应用应变片技术。

汽车悬挂系统和机械设备是应变片应用的两个典型实例，通过测量应变的大小，应变片可以提供关键的数据，帮助改进产品和系统的性能。

第4讲传感器实验：利用传感器制作简单的自动控制装置目标要求 1.掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片、霍尔元件的基本特性及工作原理.2.探究传感器的工作原理及传感器应用的一般模式.3.能利用传感器制作简单的自动控制装置．考点一常见的传感器一、传感器及其工作原理1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．传感器应用的一般模式如图所示：2．传感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分．(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分．3．传感器的分类工作原理举例物理传感器利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息力传感器、磁传感器、声传感器等化学传感器利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为电信号离子传感器、气体传感器等生物传感器利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等二、常见敏感元件1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻越小．(2)原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．2．热敏电阻和金属热电阻(1)热敏电阻热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随温度变化的特性曲线．(2)金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．(3)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．3．电阻应变片(1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．(2)电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是应变片．(3)电子秤的工作原理金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒两应变片上电压的差值变化1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件．(√)2．传感器只能感受温度和光两个物理量．(×)3．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．(×)4．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压信号．(√)霍尔元件的应用霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等．(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二力平衡．(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中U H与B成正比，所以霍尔元(3)霍尔电压：U H＝k IBd件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．例1(2022·重庆卷·11)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系．实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻R T、可变电阻R1、电流表A、电压表V.(1)用加热器调节R T的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节________________(选填一种给定的实验器材)．当R T两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小于”)R T阻值的电压表．(2)测得R T两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0℃变化到40.0℃的过程中，R T的阻值随温度的平均变化率是____________kΩ·℃－1(保留2位有效数字)．答案(1)可变电阻R 1远大于(2)－1.2解析(1)由题知恒压直流电源E 的电动势不变，而用加热器调节R T 的温度后，导致整个回路的总电阻改变．而要确保电流表的示数仍为50.0μA ，则需控制整个回路的总电阻不变，故须调节可变电阻R 1.连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与R T 并联后R 总减小，则根据并联电阻的关系有R 总＝R T R V R T ＋R V ＝R T R T R V＋1，则要保证R 总不变，须将原电压表更换为内阻远大于R T 阻值的电压表．(2)实验设定恒定电流为50.0μA ，由题图可得温度为35.0℃时电压表的电压为1.6V ，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻R T1＝32kΩ；温度为40.0℃时电压表的电压为1.3V ，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻R T2＝26kΩ，则温度从35.0℃变化到40.0℃的过程中，R T 的阻值随温度的平均变化率是k ＝ΔR T Δt＝－1.2kΩ·℃－1，负号表示随着温度升高R T 的阻值减小．例2为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)．(1)如图乙所示，电源电动势为3V ，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2V 时，控制开关自动启动照明系统．要求当天色渐暗照度降至1.0lx 时控制开关接通照明系统，则R 1＝________kΩ.(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图丙所示的电路进行测量，电源(E ＝3V ，内阻未知)，电阻箱(0～99999Ω)．实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S 1，将S 2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I ，图丁为实验时电阻箱的阻值，其读数为________kΩ；然后将S 2与2相连，调节电阻箱的阻值如图戊所示，此时电流表的示数恰好为I ，则光敏电阻的阻值为________kΩ(结果均保留3位有效数字)．答案(1)10(2)62.540.0解析(1)电阻R1和R0串联，有U1R1＝U0R0，U0＝2V，U1＝3V－2V＝1V，当照度为1.0lx时，电阻R0＝20kΩ，则R1＝10kΩ.(2)题图丁所示电阻箱读数为R2＝62.5kΩ，题图戊所示电阻箱读数R2′＝22.5kΩ，本题采用等效替代法测电阻，前后两次电路中的电流相等，则电路中的总电阻相等，则有R2＝R0′＋R2′，所以R0′＝40.0kΩ.例3(多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证U H随B的变化情况．以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，U H将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H将发生变化答案ABD解析将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式U H＝kIB d知U H将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北方向时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面分量的大小发生变化，U H将发生变化，选项D正确．考点二实验：利用传感器制作简单的自动控制装置一、门窗防盗报警装置1．实验目的：了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置．2．电路如图所示．3．工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态．当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作．继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电．继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H 发声报警．干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关．4．实验器材干簧管SA、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻R、小磁体．5．实验步骤(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作．(2)确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路．(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．二、光控开关1．实验目的：了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．2．电路如图所示．3．工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻R G的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮．当环境光比较弱时，光敏电阻R G的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.4．实验器材发光二极管LED、晶体三极管VT、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻R G、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸、小灯泡L.5．实验步骤(1)按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源．(2)让光敏电阻R G受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L 刚好不发光．(3)遮挡R G，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光．(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭．6．注意事项(1)安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接．(3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察．例4在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：(1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，R t为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示．当a、b两点电势φa<φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为______℃，恒温箱内的电热丝加热时R t的取值范围为______．(2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率P R随温度t变化的图像如图(c)所示．该加热器向周围散热的功率为P Q＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20℃)，k＝0.1W/℃.当P R＝P Q时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________℃；某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________(填选项前的字母序号)．A．20～24℃B．32～36℃C．48～52℃D．60～64℃答案(1)25R t>3kΩ(2)70(68～72均可)B解析(1)由电路图可知，当满足R1R3＝R2R t时，即R t＝3kΩ时φa＝φb，此时由题图(b)可知温度为25℃，即恒温箱内的稳定温度为25℃；恒温箱内的电热丝加热时，R t的取值范围为R t>3kΩ；(2)P Q＝0.1(t－t0)(W)，P Q与温度t之间关系的图像如图；由图可知，当温度为70℃左右时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化；由图可知，四个选项中，32～36℃时P R－P Q最大，即该过程用时最短，故选B.例5为了建设安全校园，某校物理教师带领兴趣小组的学生，利用光敏电阻和电磁继电器，为学校教学楼内所有楼梯口的照明灯安装了亮度自动控制装置．如图甲所示为他们设计的原理图，R0为光敏电阻(阻值随亮度的增加而减小)，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关．(1)为使楼内亮度降低到一定程度照明灯自动点亮，亮度升高到一定程度照明灯自动熄灭，单刀双掷开关应置于________(选填“a”或“b”)．(2)为了提升校园安全系数，使照明灯在不太暗的时候就点亮，滑动变阻器接入电路的电阻应____________(选填“调大”或“调小”)．(3)已知直流电路中的电流达到10mA时电磁继电器的衔铁正好会被吸下，R0从正午最亮到夜晚最暗的阻值变化范围为50～200Ω，R2约为5Ω，直流电源电动势E＝3V，内阻r约为1Ω，现有三个最大电阻阻值分别为100Ω、300Ω、3000Ω的滑动变阻器，为实现调控目标R1最好应选择最大阻值为________Ω的滑动变阻器．(4)兴趣小组同学想要对原设计进行改进，使亮度降低到一定程度触发衔铁吸下，请你在图乙的虚线框中用笔画线代替导线重新连接直流电路中c、d、e、f、g、h各点，以实现这一改进目标．答案(1)b(2)调大(3)300(4)见解析图解析(1)亮度降低R0变大，电流减小，电磁继电器力减小，衔铁被放开，此时照明灯应被点亮，所以单刀双掷开关应接b.(2)电磁继电器的衔铁被吸下或放开有一个电流的临界值，对应一个总电阻的临界值，所以滑动变阻器调得越大，对应R0的触发值越小，能使照明灯在不太暗的时候就点亮．(3)电动势为3V，触发电流为10mA，可得对应总电阻为300Ω.滑动变阻器选100Ω，R0可触发的阻值范围约为194～200Ω，范围太小，对应亮度太低；300Ω的阻值足够调控，对应R0触发值范围足够大；3000Ω阻值太大，对于某一亮度对应阻值的调节不精准．(4)为了实现“亮度降低到一定程度触发衔铁吸下”可让R0与电磁继电器并联，这样亮度降低时R0增大，电磁继电器中的电流增大，可触发衔铁被吸下，电路图如图．课时精练1.(多选)在如图所示的电路中，当用半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明()A ．在温度越高时，热敏电阻阻值越小B ．在温度越高时，热敏电阻阻值越大C ．半导体材料温度升高时，导电性能变差D ．半导体材料温度升高时，导电性能变好答案AD 解析由电流表的变化判断半导体的电阻的变化，温度升高时，电路中总电流增大，由闭合电路欧姆定律可知，总电阻减小，则温度升高，热敏电阻阻值减小，半导体材料导电性能变好，故A 、D 正确．2.(多选)霍尔元件的示意图如图所示，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a 、b 是铜板上、下边缘的两点，则()A ．电势φa ＞φbB ．电势φb ＞φaC ．电流增大时，|φa －φb |增大D ．其他条件不变，将铜板改为NaCl 溶液时，电势结果仍然一样答案AC 解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b 侧偏转，所以φa ＞φb ，故A 正确，B 错误；设前后板面间距为d ，因|φa －φb |＝U H ＝k IB d，所以电流增大时，|φa －φb |增大，故C 正确；若将铜板改为NaCl 溶液，溶液中的正、负离子均向b 侧偏转，|φa －φb |＝0，即不产生霍尔效应，故D 错误．3．如图是利用太阳能给LED 路灯供电的自动控制电路的示意图．R 是光敏电阻，R 0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH 接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF 接入电路，蓄电池给LED 路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是()A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间C．增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间答案C解析日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻R阻值减小，故A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电阻R0，减小了电流，延长了照明时间，故C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D错误．4．(2022·河北卷·12)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图甲所示．选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图乙所示)．自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1kΩ)；指示灯L1和L2(2.5V,0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T.(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)．A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是__________(填写各步骤前的字母)．A ．将选择开关旋转到“×100”位置B ．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C ．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D ．测量指示灯L 1两端的阻值E ．将选择开关置于OFF 位置或交流电压最高挡操作时，将多用电表两表笔与L 1两端接触，若指针如图丙所示，可判断是________断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是________断路损坏．(用电路中的元件符号表示)答案(1)CD (2)CABDE L 1R 1解析(1)按下S 1后L 2支路被短路，则L 2不会发光，A 错误；当锅内温度高于103℃时，S 1断开，而要温度降到70℃以下时S 2才会闭合，则此时L 2可能发光，此时电路中R 与R 1和L 1的串联部分并联，并联的整体再和L 2、R 2串联，R L ≈10.42Ω，则回路中并联部分的电阻R 并≈56.64Ω则回路总电阻R 总＝1067.06Ω则回路总电流I 总＝220V R 总≈0.21A 则L 2一定发光，此时并联的整体的电压为U 并＝I 总R 并≈11.89V则流过L 1的电流为I L1＝U 并R L ＋R 1＝11.891000＋10.42A ≈0.012A 流过L 1的电流小于30mA ，则L 1熄灭，B 错误；由题知，S 2在锅内温度高于80℃时自动断开，锅内温度降到70℃以下时S 2自动闭合，C 正确；当锅内温度低于70℃时，S 2自动闭合，L 2支路被短路，则L 2不会发光，此时电路中R 与R 1和L 1的串联部分并联，则此时流过L 1的电流为I L1′＝E R L1＋R 1＝2201000＋10.42A ≈0.218A ，此时流过L 1的电流大于30mA ，则L 1发光，D 正确．(2)多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指计指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF 位置或交流电压最高挡——关闭多用电表．故正确顺序为CABDE.由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，若指针如题图丙所示，可看出L1两端有1100Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏；若指针如题图丁所示，可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于R L＝10.42Ω，此时选用的是“×100”挡，则说明灯泡L1正常，则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏．5．(2023·四川遂宁市模拟)高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅．如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量m0＝500kg的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上．已知电路中电源电动势为26V、内电阻r＝10Ω，电流表量程为0.3A、内阻R A＝10Ω，滑动变阻器R′的最大阻值为500Ω.如图乙是压敏电阻的阻值R 随压力F变化曲线．某设计人员对电流表上刻度重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量，他先后进行了以下操作．重力加速度g＝10m/s2.(1)断开开关S，撤去秤台上的汽车，把多用电表的旋钮旋到欧姆挡“×10挡”，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，多用电表的表针指到如图丙所示位置，则压敏电阻R此时的电阻值为________Ω.(2)闭合开关S，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为0.10A，并在此处标注为0kg，则此时滑动变阻器R′接入电路的电阻值为________Ω；2500kg处应标注在________A处．(3)设计人员按上述操作逐个刻度赋值后，经长时间使用，发现电池的电动势略有减小、内电阻有所增大．他重新调节滑动变阻器，使秤台空载时电流表读数仍为0.10A，然后再去测量汽车的重量．您认为现在的测量值相比汽车真实重量________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)答案(1)160(2)800.13(3)偏小解析(1)欧姆挡选择“×10挡”，则阻值为16.0×10Ω＝160Ω.(2)当仅有秤台时，压敏电阻的阻值为160Ω，根据闭合电路欧姆定律得E ＝I (R ＋R ′＋R A ＋r )，解得R ′＝80Ω，2500kg 的物体在秤台上时，此时压力为(2500＋500)×10N ＝3×104N ，压敏电阻的阻值约为100Ω，根据闭合电路欧姆定律得E ＝I 1(R 1＋R ′＋R A ＋r )，解得I 1＝0.13A.(3)根据E ＝I (R ＋R ′＋R A ＋r )，可得R ＝E I－R ′－R A －r ，电池的电动势偏小，则相同的电流下，R 的阻值偏小，结合题图乙可知汽车的质量的测量值偏小．6．(2023·上海市模拟)力传感器是高中物理实验中常见的一种传感器，它通过敏感元件把待测力这一物理量转化为相应的电信号来进行测量．(1)如图(a)所示，R 1、R 2、R 3、R 4为四个完全相同的应变片，弹性梁在外力的作用下产生形变时，应变片随之被拉伸或压缩，拉伸时电阻值变大，压缩时电阻值变小．现将R 2、R 3两个应变片粘贴在弹性梁的上表面，R 1、R 4两个应变片粘贴在弹性梁的下表面．当弹性梁右端受力向下弯曲时，R 2、R 3的电阻值________，R 1、R 4的电阻值________(均选填“变大”“变小”或“不变”)．采用如图(b)所示的电路图测量电路，已知电源电动势为E ，内阻不计．每片应变片的初始电阻为R 0.当弹性梁右端受到外力作用，四个应变片电阻变化量的绝对值均为Δx ，则A 、B 两端的电压U AB ＝______.(2)如图(c)所示为半导体薄膜压力传感器的电阻值R 随压力F 变化的图线．读图可知，压力为1N 时该图像的斜率为__________kΩ/N ，压力为5N 时该图像的斜率为________kΩ/N.要使传感器对力的变化测量较为灵敏，应选择在区间__________(选填“1N ”或“5N ”)附近．答案(1)变大变小Δx R 0E (2)24 1.751N 解析(1)当弹性梁右端受力向下弯曲时，R 2、R 3拉伸，电阻变大，R 1、R 4压缩，电阻变小．R 1两端电压U 1＝R 0－Δx 2R 0E ，R 3两端电压U 3＝R 0＋Δx 2R 0E ，所以U AB ＝|U 1－U 3|＝Δx R 0E .(2)压力为1N 时该图像的斜率为k ＝58－102kΩ/N ＝24kΩ/N ，压力为5N 时该图像的斜率为kΩ/N＝1.75kΩ/N，要使传感器对力的变化测量较为灵敏，则压力改变量相同的k′＝26－128情况下，电阻变化大，即斜率大的更灵敏，故在1N附近．。

应变片压力传感器原理及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。

只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。

2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥 (闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个及压力成正比的高度线性、及激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

电阻应变式传感器的工作原理应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。

应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。

应变式传感器特点应变式传感器特点①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③结构简单，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。

1、应变式传感器的工作原理(1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。

K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。

公式简化过程：由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。

对于金属材料项比项小得多。

大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成：通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。

通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。

(2) 应变片的基本结构及测量原理l称为栅长(标距)，b称为栅宽(基宽)，b×l称为应变片的使用面积。

应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如3×20mm2，120Ω。

结构简介：电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的。

为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基底上。

电阻丝的两端焊接引线。

敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。

电阻应变式传感器的应用：数显电子秤（一）工作原理数显电子秤电路原理如图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。

传感器R1采用E350~ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O。

应变片测力原理应变片测力传感器是一种常用的测力传感器，它通过测量物体表面的应变来间接测量物体受力情况。

应变片测力传感器的工作原理是利用金属材料在受力作用下会产生形变的特性，通过应变片的形变来推断受力大小。

下面将详细介绍应变片测力传感器的原理及其应用。

首先，应变片测力传感器的原理是基于胡克定律。

当外力作用在物体上时，物体会产生形变，形变量与外力的大小成正比。

应变片测力传感器利用这一原理，将应变片粘贴在受力物体表面，当受力物体受到外力作用时，应变片也会产生相应的应变，通过测量应变片的应变量，就可以推断出受力大小。

其次，应变片测力传感器的原理还涉及到应变片的电阻变化。

应变片通常是由导电材料制成的，在受力作用下，应变片的电阻会发生变化。

利用这一特性，可以通过测量应变片电阻的变化来计算出受力大小。

这种原理也被广泛应用于各种工业自动化领域中。

除了上述原理，应变片测力传感器还可以通过应变片的应变变化来推断出受力方向。

因为在不同方向上受力会导致应变片不同位置的应变量不同，通过测量应变片不同位置的应变量，可以确定受力方向。

这对于一些需要知道受力方向的应用场景非常重要。

应变片测力传感器广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天等领域。

在工业自动化中，应变片测力传感器可以用于监测机械设备的受力情况，及时发现并预防设备故障。

在机械制造领域，应变片测力传感器可以用于测试材料的强度和耐久性，保证产品质量。

在航空航天领域，应变片测力传感器可以用于飞机结构的受力监测，确保飞行安全。

总之，应变片测力传感器是一种基于应变原理的测力传感器，利用应变片的应变量和电阻变化来间接测量受力大小和方向。

它在工业领域有着广泛的应用，对于监测和保护设备、测试材料性能、保障飞行安全等方面起着重要作用。

希望本文介绍的内容能够帮助大家更好地理解应变片测力传感器的原理及其应用。

传感器应变片实验报告引言应变片作为一种用于测量物体应变的传感器，其应用非常广泛。

在机械工程、土木工程、航空航天、电子工程等领域都有广泛的应用。

本实验旨在通过使用应变片，掌握其基本原理及使用方法，进一步加深对应变片的认识。

实验原理应变片是一种敏感元件，其原理是利用导电材料在受力作用下发生形变时电阻值的变化。

应变片的工作原理与电阻的变化有关，当导电材料受到力的作用，其晶格结构发生改变，进而导致电阻值的变化。

应变片的应变量是指其长度、宽度、厚度三个方向的形变量，它们之间的比例关系由应变片的材料决定。

实验步骤1. 将应变片粘贴在试件表面，并连接电路；2. 通过电源对应变片进行加电，测量其阻值；3. 施加力使试件发生形变，测量应变片的阻值变化；4. 计算应变片的应变值，并对实验数据进行分析。

实验结果在实验中，我们测试了不同大小的应变片在不同力的作用下的阻值变化，得到了如下数据：应变片大小/mm 施加力/N 电阻值/Ω5×3 0 120.55×3 10 123.45×3 20 126.35×3 30 129.27×5 0 176.47×5 10 180.37×5 20 184.27×5 30 188.1通过计算，我们得到了应变片的应变值，并进行了数据分析。

结论通过本实验，我们深入了解了应变片的基本原理、应用及使用方法。

同时，我们也发现了应变片在测量物体力学性质方面的优势。

通过对实验结果的分析，我们得出了结论：应变片的应变值随着施加力的增大而增大，应变片的大小对应变值也有一定的影响。

总结本实验通过实际操作，使我们更深入了解了应变片的原理、应用及使用方法。

应变片作为一种重要的传感器，在工程领域有着广泛的应用。

通过本实验的学习，我们对这种传感器有了更深刻的认识，并对其在实际应用中发挥的作用有了更加清晰的认识。

应变片传感器的原理与应用引言应变片传感器是一种常用于测量物体变形或应力的传感器。

它利用材料在外力作用下发生形变产生电阻的变化，从而实现对应力或应变的测量。

本文将介绍应变片传感器的原理及其应用。

原理应变片传感器基于金属电阻应变效应进行测量，其工作原理可以分为以下几个步骤：1.选择合适的材料：应变片传感器通常采用金属材料，如铜、钢、钛等。

这些材料具有较高的弹性模量和较大的电阻应变系数。

2.制备应变片：材料经过加工和切割，制成具有一定形状和尺寸的应变片。

应变片通常为细长的片状或网格状结构。

3.固定应变片：将应变片固定在待测物体的表面或内部。

通常采用粘合剂或焊接等方式进行固定。

4.施加外力：施加力或力矩于待测物体上，使其产生弯曲或拉伸变形。

5.测量电阻变化：应变片的形变导致其电阻值发生变化，可以通过测量电阻的变化来获得应力或应变的信息。

应用应变片传感器在工业、冶金、航空航天等领域广泛应用，主要包括以下几个方面：1.结构应变测量：应变片传感器可以用于监测建筑物、桥梁、船舶等结构物的应变情况，从而评估其安全性和可靠性。

–监测桥梁结构的应变，及时发现裂纹和变形，及时采取修复措施，确保桥梁的运行安全。

–监测建筑物的应变，提前发现结构异常，避免事故发生。

2.机械应力测试：应变片传感器可以用于测量机械设备受力情况，从而评估设备的工作状态和寿命。

–在汽车制造领域，应变片传感器可以用于测量发动机和车身结构的应变，优化设计和调整结构，提高汽车的性能和安全性。

–在航空航天领域，应变片传感器可以用于测量飞机零部件的应力和变形，评估结构的可靠性和寿命，确保飞机的安全飞行。

3.材料性能测试：应变片传感器可以用于材料的应力-应变曲线测试，评估材料的性能和耐久性。

–在金属材料研究中，应变片传感器可以通过测量金属材料的应力和应变关系，得到材料的弹性模量、应变硬化指数等参数，用于材料设计和加工优化。

–在塑料材料研究中，应变片传感器可以用于测量塑料材料的应变率和屈服强度等参数，评估材料的性能和可用性。

应变片式压力传感器的应用领域应变片压力传感器，也称为应变片压力传感器或应变片压力变送器，由于其多功能性，准确性和可靠性，在各个行业中都有应用。

这些传感器利用应变片技术来测量膜片或传感元件在压力下的变形或应变，将施加的压力转换为电信号。

应变式压力传感器的应用横跨多个领域，包括但不限于:汽车工业:发动机性能监测:应变计压力传感器用于测量歧管绝对压力(MAP)或进气歧管压力在内燃机燃油喷射控制，涡轮增压器增压控制，和发动机诊断。

胎压监测系统(TPMS):胎压监测系统采用应变式压力传感器监测胎压，并提醒驾驶员轮胎充气不足或过度充气，提高车辆安全性和燃油效率。

工业自动化:液压和气动系统:应变式压力传感器用于监测液压和气动系统的压力水平，确保最佳性能并防止过载或系统故障。

过程控制:这些传感器在制造业、化学加工、石油和天然气等过程工业中起着至关重要的作用，在这些工业中，精确的压力测量对于控制过程和保持产品质量至关重要。

航空航天:飞机仪表:应变式压力传感器集成到飞机系统中，用于测量空速，高度，客舱压力和液压系统压力，有助于飞行安全和性能。

空间探索:这些传感器用于航天器和卫星，用于监测推进系统、生命支持系统和科学仪器的压力，使太空任务和研究工作成为可能。

医疗保健:患者监护:应变式压力传感器用于医疗设备，如呼吸机、麻醉机、血压计和输液泵，用于测量呼吸压力、动脉压力和流体压力，促进患者的护理和治疗。

生物力学研究:这些传感器用于生物力学研究和运动科学，以测量鞋类，矫形设备和假肢的压力分布，帮助设计和优化产品，以提高舒适性和性能。

环境监测:气象站:应变式压力传感器集成到气象站和气象仪器中，用于测量大气压力、温度和湿度，为天气预报和环境监测提供数据。

水和废水管理:这些传感器用于配水系统，污水处理厂和环境监测网络，以测量水压，流速和水位，确保水资源和基础设施的有效管理。

能源和公用事业:石油和天然气勘探:应变式压力传感器部署在油气井、管道和炼油厂中，用于监测井口压力、管道完整性和过程安全性，优化生产操作，最大限度地降低环境风险。

应变片传感器的工作原理应变片传感器是一种用于测量物体应变的传感器。

它的工作原理是基于材料的应变特性，通过应变片的形变来测量物体所受到的应变。

在本文中，将详细介绍应变片传感器的工作原理及其应用。

应变片传感器的核心部件是应变片。

应变片是一种具有高灵敏度的金属或半导体材料，其形状可以根据需要进行设计和制造。

当物体受到外力作用时，应变片会发生形变，形变程度与物体所受到的应变成正比。

应变片的形变可以通过电阻值的变化来测量。

通常情况下，应变片上会有一个或多个电阻应变片。

电阻应变片是一种特殊设计的电阻，其电阻值会随着应变片的形变而改变。

当应变片受到应变时，电阻应变片的电阻值会发生变化，这个变化可以通过测量电阻值的变化来得到。

为了测量电阻值的变化，通常会将电阻应变片组成一个电桥电路。

电桥电路由四个电阻组成，其中包括一个电阻应变片。

当电桥电路中的电阻值发生变化时，电桥电路会产生输出电压。

这个输出电压的变化可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。

为了提高应变片传感器的灵敏度和精度，还可以采用补偿电阻的方法。

补偿电阻是通过调节电桥电路中的一个或多个电阻来实现的，可以对电桥电路进行校准和调整，以提高传感器的性能。

应变片传感器广泛应用于工业、航空航天、汽车等领域。

在工业领域，应变片传感器常用于测量结构件的应变，以判断其是否存在疲劳损伤或失效的风险。

在航空航天领域，应变片传感器可用于测量飞机机身、机翼等部件的应变情况，以确保其结构的安全性和可靠性。

在汽车领域，应变片传感器可用于测量车辆悬挂系统的应变，以评估悬挂系统的性能和舒适性。

应变片传感器是一种基于应变特性的传感器，通过测量应变片的形变来得到物体所受到的应变。

它的工作原理是通过测量电阻值的变化来实现的，可以通过电桥电路和补偿电阻来提高传感器的性能。

应变片传感器在工业、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用，为各行各业的应变测量提供了一种精确可靠的解决方案。