第五讲 电阻式传感器解析

电阻式传感器工作原理及结构图解分析电阻式传感器种类繁多，应用广泛，其基本原理就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。

9.2.1 电阻应变式传感器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。

公式推导：若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则:(9.1)如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。

将式(9.1)微分，整理可得:(9.2)对于圆形截面有：(9.3)为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有:(9.9)将式(9.9)代入(9.3)得:(9.5)将式(9.5)代入(9.2)，并整理得：(9.6)(9.7) 或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。

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：(9.8)通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。

电阻式传感器第一篇：电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器将被测量变化转换成电阻变化的传感器。

把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。

它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器(见位移传感器)和锰铜压阻传感器等。

电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。

电位器式传感器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为和它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。

应变片式传感器的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

优缺点：电阻式传感器具有结构简单、输出精度较高、线性和稳定性好等特点。

但是它受环境条件如温度等影响较大，有分辨率不高等不足之处。

电阻应变式传感器电阻应变式传感器（straingauge type transducer）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。

电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。

弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。

电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

应用：常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。

优缺点：电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。

因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。

第二篇：电阻应变式称重传感器的设计学号电子系统综合设计设计说明书设计数显应变量测量仪学生姓名班级电信科班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2013年X月X日题目：电阻应变式称重传感器的设计摘要称重传感器是电子衡器的核心部件，随着称重传感器技术不断发展和应用领域不断扩大，传感器越来越为人们所关注。

传统传感器一.电阻式传感器因晶格发生形变等改变对其全微分得积相应减小影响而改变了阻丝的半径，阻丝的半径εµε++=)21(灵敏度系数K 受两个因素影响一是应变片受力后材料几何尺寸的变化一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，，即1+2μ二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，，即（∆ρ/ρ）/ε。

对金属材料：1+2μ＞＞＞＞((∆ρ/ρ)/ε对半导体材料：(∆ρ/ρ)/ε＞＞＞＞1+21+2μ 大量实验证明大量实验证明，，在电阻丝拉伸极限内在电阻丝拉伸极限内，，电阻的相对变化与应变成正比变化与应变成正比，，即K 为常数为常数。

2.2.测量电路测量电路 直流电桥 交流电桥R1+ △R 1R 2 -△R 2U SCU sr R 3-△R 3R 4+ △R 43.应用应变式称重组件应变片图测定金属结构应变量的应变计load轮辐式传感器轮辐式传感器（（低外型剪切力传感器低外型剪切力传感器））二.电容式传感器 电容式传感器1.原理 1.原理ε ⋅s 平板式电容：C = δs ε：介质介电常数 ： s ：极板面积 δ ：极板间距离 δ ε2.分类ε ⋅s 平板式电容：C = δ变间隙电容传感器两极板相互覆盖面积及极间介质不 变，当两极板在被测参数作用下发 生位移，引起电容量变化. 变间隙式一般用于微小位移的测量 （小至：0.01微米）。

定极板 动极板 差动式变间隙型电容传感器 灵敏度提高一倍，非线性降低。

灵敏度提高一倍，非线性降低。

定极板 C1 d1 C2 d2变面积电容传感器ε ⋅s 平板式电容：C = δ常用的有角位移型和线位移 型两种。

型两种。

与变间隙型相比， 与变间隙型相比，适用于较 大角位移及直线位移的测量。

大角位移及直线位移的测量。

一般情况下， 一般情况下，变截面积型电 容式传感器常做成圆柱形 。

ε ⋅s 平板式电容：C = δ 变介电常数电容传感器这种传感器大多用于测量电介质的厚度(图a)、 位移(图b)、液位(图c)。

电阻式传感器原理详解引言电阻式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗设备等领域。

它通过测量电阻值的变化来获取被测量物理量的信息。

本文将详细解释电阻式传感器的基本原理，包括其工作原理、构成和应用。

1. 电阻式传感器的工作原理电阻式传感器是利用被测量物理量对电阻值产生影响的原理工作的。

当被测量物理量发生变化时，导致了电阻值的变化，从而可以通过测量电阻值来获取该物理量的信息。

2. 电阻式传感器的构成一个典型的电阻式传感器通常由以下几个主要部分组成：2.1 敏感元件敏感元件是电阻式传感器中最关键的部分，它直接受到被测量物理量的影响，并产生相应的电阻变化。

根据不同的物理量，敏感元件可以采用不同类型的材料和结构设计。

2.2 悬臂结构悬臂结构是一种常见的敏感元件结构，它由一个固定端和一个自由端组成。

自由端会受到被测量物理量的作用而发生位移，从而导致电阻值的变化。

2.3 电阻材料电阻材料通常涂覆在敏感元件上，用于改变电阻值。

常用的电阻材料有金属薄膜、碳膜等。

2.4 输出电路输出电路用于测量和处理敏感元件的电阻变化，并将其转换为可读取或可传输的信号。

常见的输出电路包括电压分压器、桥式电路等。

3. 电阻式传感器的工作原理解析了解了电阻式传感器的构成后，我们可以更深入地理解其工作原理。

当被测量物理量发生变化时，例如温度、压力、光照强度等，这些变化会直接或间接地影响到敏感元件。

以温度传感器为例，当温度升高时，敏感元件中的材料会膨胀，导致悬臂结构发生位移。

这个位移会使得涂覆在敏感元件上的电阻材料发生形变，从而改变电阻值。

接下来，输出电路会将敏感元件的电阻变化转换为可读取或可传输的信号。

例如，当使用电压分压器作为输出电路时，它会将敏感元件的电阻与一个已知电阻串联连接，形成一个简单的电压分压器。

根据分压原理，当输入电阻值发生变化时，输出电压也会相应改变。

最后，我们可以通过测量输出电路的信号来获取被测量物理量的信息。