应变式力学量传感器特性、工作原理和应用
应变片的主要参数
三、灵敏系数 灵敏系数系指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向
应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片 区域的轴向应变之比。K值的准确性将直接影响测量精度，其 误差大小是衡量应变片质量优劣的主要标志。同时要求K值尽 量大而稳定。
四、允许电流 允许电流系指不因电流产生热量影响测量精度。应变片允许
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三、薄膜应变片
其厚度在0.1m以下。 它是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料
在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。 这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一
种很有前途的新型应变片。 目前实际使用中的主要问题，是尚难控制其电阻对
温度和时间的变化关系。
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四、半导体应变片
18
压阻效应的解释,依据HERMY关于半导体多能谷导带 价带模型的公式,当力作用于硅晶体时,晶体的晶格发
生形变,它使载流子产生一个能谷到另一个能谷的散射, 载流的迁移率发生变化,扰动了纵向和横向的平均有效 质量,使硅的电阻 发生变化.这个变化随Si单晶的取向 不同而不同.即Si的压阻效应与晶体取向有关
x
x
Ks
dR /
x
R
(1
2)
d / x
讨论
对金属丝，Ｋs第二项可忽略不计，故 Ks=1+2μ μ ＝0.25～0.5 故Ks=1+2μ≈1.5~2
对半导体材料， Ｋs=1+2μ+πE, πE>>1+2μ 故Ｋs=πE π =(40~80)×10-11m2/N,E=1.67 ×1011Pa 故Ｋs=πE ≈50～100
•常见的几种箔式应变片构造形式。
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•这类应变片系利用照相制版或光刻腐蚀的方 法，将电阻箔树在绝缘其底下制成各种图形而 成的应变片。 •箔材厚度多在0.001一0.01mm之间。 •利用光刻技术，可以制成适用各种需要的、 形状美观的、称为应变花的应变片。
它具有很多优点，在测试中得到了日益广泛 的应用，在常温条件下，已逐步取代了线绕 式应变片。
一、应变片的结构
7
二、电阻一应变特性
金属导线受力变形情况
R L
F
dR
dL F
L F2
dF
L F
d
dR dL dF d
R LF
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dF 2 dr
F
r
x
dL L
r为金属丝半径 εx为金属丝轴向应变
y
dr r
εy为金属丝横向应变
εy= -μεx
μ为泊松系数
dR R
(1 2 ) x
d
dR / R (1 2 ) d /
电阻应变式传感器由弹性敏 感元件与电阻应变片构成。
弹性敏感元件在感受被测量 时特产生变形，其表面产生 应变。
粘贴在弹性敏感元件表面的 电阻应变片将随着弹性敏感 元件产生应变，因此电阻应 变片的电阻值也产生相应的 变化。
这样，通过测量电阻应变片 的电阻值变化，就可以确定 被测量的大小了。
5
电阻应变片(计)的工作原理 (金属的应变效应)
及电阻应变仪 3.9 电阻应变式传感器 本章小结
2
前言
•电阻应变式传感器具有悠久的历史．是应用最广泛的 传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件 上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各 种参数的电阻应变式传感器。
•虽然新型传感器不断出现，为测试技术开拓了新的领 域。但是，由于电阻应变测试技术具有以下独特优点， 可以预见在今后它仍将是一种主要的测试手段。
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3.3 电阻应变片的种类、材料和参数
电
阻
一、丝式应变片
应
1．回线式应变片
变
2．短接式应变片
片 的
二、箔式应变片
种
三、薄膜应变片
类
四、半导体应变片
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一、丝式应变片 1．回线式应变片
图 (a)为常见的回线式应变片构造图。 2．短接式应变片
图 (b)为常见的短接式应变片构造图。
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二、箔式应变片
应变式力学量传感器特性、工作原理 和应用
1
目录
前言 3.1 电阻应变式传感器的工作原理 3.2 电阻应变片的结构和工作原理 3.3 电阻应变片的种类、材料和参数 3.4 电阻应变片的主要参数 3.5 电阻应变片的动态响应特性 3.6 应变计粘贴工艺 3.7 电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 3.8 电阻应变式传感器的信号调节电路
• 电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。金属 丝的电阻随着它所受的机械变形(拉伸或压缩)的大小而
发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。
•原因：因为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几何尺
寸和截面积有关，而金属丝在承受机械变形的过程中， 这二者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。
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3.2 电阻应变片的结构和工作原理
问题：有效质量、各向同性、各向异性 19
3.4 电阻应变片的主要参数
为了正确选用电阻应变片，应该对பைடு நூலகம்响其工作特性的主要参 数进行了解。
一、应变片电阻值 它是指未安装的应变片，在不受外力的情况下，于室温条 件测定的电阻值，也称原始阻值．单位以计。应变片电阻值 已趋于标准化，有60，l 20, 350，600和1000各种阻 值,其中120为最常使用。 二、绝缘电阻 即敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于1010．
3
•电阻应变式传感器的优点：
① 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠； ② 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、
远距测量和遥测； ③ 灵敏度高，测量速度快．适合静态、动态测
量； ④ 可以测量多种物理量。
•它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电 力、化工、建筑。
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3.1 电阻应变式传感器的工作原理
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三、应变片测试原理
外力作用
试件形变
应变片形变
电阻变化
• 通过弹性敏感元件转换作用，将位移、力、 力矩、加速度、压力等参数转换为应变因此可 以将应变片由测量应变扩展到测量上述参数， 从而形成各种电阻应变式传感器。
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电阻应变片的横向效应
圆弧段部分的电阻变化，将小于其同样长度沿轴向安放 的金属丝的电阻变化。由此可见，将直的金属丝绕成敏 感栅后，虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感 栅电阻变化较直的金属丝小，因此灵敏度系数有所降低， 这种现象称为应变片的横向效应。
通过的最大电流。它与 应变片本身、试件、粘合剂和环境等 有关。要根据应变片的阻值和结合电路具体情况计算。为保测 量精度、在静态测量时，允许电流一般为25mA,在动态测量时 允许电流可达75—100mA．箔式应变片允许电流较大。
应变式压力传感器的原理及应用
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。
测力传感器的原理及应用
测力传感器的原理及应用测力传感器是一种能够测量物体受力状态的装置，它可以将物体受到的力转换为电信号输出，常用于实验室、工业生产等领域。
测力传感器的原理主要包括应变电桥原理、电容原理和电阻应变原理等。
下面我将详细介绍测力传感器的原理及应用。
一、应变电桥原理：应变电桥原理是测力传感器最常用的原理之一。
应变电桥是由四个电阻组成的电桥，其中两个电阻为应变电阻，当受力物体变形时，应变电阻也会产生变化，从而引起电桥的不平衡。
通过测量电桥不平衡的电压信号，可以间接测量受力物体所受力的大小。
1. 工作原理：应变电桥是由两个有应变特性的电阻和两个无应变特性的电阻组成的，当受力物体受力变形时，引起有应变特性的电阻阻值改变，从而引起电桥不平衡，进而引起电桥两端的电压变化。
2. 优点：应变电桥原理的传感器具有灵敏度高、精度高、线性度好、抗干扰能力强等优点。
3. 应用领域：应变电桥原理广泛应用于工业控制、仪器仪表、材料测试等领域，如测量力学性能、压力、扭矩等。
二、电容原理：电容原理是另一种常用的测力传感器原理。
电容传感器是由两个平行的金属电极构成的测量装置，当介质在两电极之间存在力作用时，导致电极之间的电容变化。
通过测量电容的变化，可以判断受力物体所受力的大小。
1. 工作原理：电容传感器利用介质在两电极之间的电容变化来间接测量受力物体的力大小。
受力后，介质在电极之间会发生形变，从而引起电容的变化。
2. 优点：电容原理的传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构简单等优点。
3. 应用领域：电容传感器在压力测量、液位测量、力学测试等领域有较广泛的应用。
三、电阻应变原理：电阻应变原理也是测力传感器常用的原理之一。
电阻应变传感器是由材料具有应变能力的电阻片构成的装置。
当受力物体变形时，电阻片会发生应变，导致电阻值的变化，通过测量电阻值的变化可以得知受力大小。
1. 工作原理：电阻应变传感器利用材料的应变特性，当受力物体发生应变时，导致电阻片产生变化，从而引起电阻值的变化。
应变式传感器工作原理、结构和应用
式中：π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料所受的应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——
将式(3-10)代入式(3-9)中得
(3-11)
实验证明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而 引起半导体应变片电阻变化的主要因素是压阻效应，式(311)可以近似写成
(3-12)
3.3 电阻应变片的特性
3.3.1 弹性敏感元件及其基本特性 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变
形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状， 这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性
图3-3 常用应变片的形状
3.2.2 金属电阻应变片的材料 ②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具 ③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻
表3-1
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，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；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；加工性能好，易于焊接。因而
(3-2)
dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为
dl
(3-3)
l
dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻 丝的半径，微分后可得
dA 2 dr Ar
(3-4)
由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，
沿轴向伸长，沿径向缩短，令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应
变， d r 为径向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表 示为 r
外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时，其电阻值相应发
应变式力传感器原理
应变式力传感器原理
应变式力传感器利用材料的弹性变形特性来测量力的大小。
其工作原理如下：
1. 工作原理简述：
应变式力传感器由弹性材料制成，通常是金属或合金材料。
当外部施加力作用于传感器时，传感器内部的弹性材料会发生变形，而该变形会导致材料内部的应变产生变化。
2. 弹性材料的工作原理：
弹性材料具有弹性恢复能力，即当外力去除后能够恢复到初始状态。
在施加力之前，弹性材料的晶体结构处于初始状态，其晶体格子之间的距离是稳定的。
而当外力作用于材料时，晶格结构会发生略微的变化，晶体格子之间的距离会发生微小的变化。
3. 应变的产生：
当外力作用于弹性材料时，晶格结构的微小变化会导致材料内部产生应变。
应变是指单位长度的变形量，通常用应变率（单位长度的变形比例）来表示。
弹性材料的应变率与外力的大小成正比。
4. 电桥测量原理：
为了测量应变的变化，应变式力传感器通常采用了电桥测量原理。
电桥由四个电阻组成，其中一个电阻位于弹性材料上。
当材料受到外力作用时，其内部的应变发生变化，导致电阻值发生微小变化。
这会导致电桥的输出电压发生变化，从而可以通
过测量输出电压的变化来确定外界施加的力的大小。
总结：
应变式力传感器通过利用弹性材料的应变特性，测量外界施加的力的大小。
其工作原理主要包括弹性材料的应变产生和电桥测量原理。
通过测量电桥输出电压的变化，可以确定外界施加的力的大小。
电阻应变式传感器的工作原理及其应用
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=通常金属电阻丝的K0=（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 xi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3x 20mm2 120Q。
结构简介：电阻丝应变片是用直径为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测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。
应变式传感器工作原理
应变式传感器工作原理应变式传感器是一种常用的传感器，可以用来测量物体的应变或变形。
它们通常用于工程、建筑、汽车和航空航天等领域，用于监测结构的变形、应变和应力。
在本文中，我们将探讨应变式传感器的工作原理，以及它们在实际应用中的一些常见用途。
应变式传感器的工作原理基于材料的电阻率随应变变化的特性。
当一个材料受到外部力的作用时，它会发生应变，导致材料的电阻发生变化。
应变式传感器利用这种原理，将材料的电阻变化转化为电信号，从而实现对应变的测量。
应变式传感器通常由敏感材料、电路和输出接口组成。
敏感材料是传感器的核心部件，它可以是金属、半导体或者陶瓷等材料。
当敏感材料受到应变时，它的电阻会发生变化。
电路部分则负责将敏感材料的电阻变化转化为电压或电流信号，输出接口则将信号传输给外部设备进行处理或显示。
应变式传感器可以分为多种类型，包括电阻应变式传感器、电容应变式传感器和电感应变式传感器等。
其中，电阻应变式传感器是最常见的一种类型。
它们通常由敏感材料组成的电桥电路和信号处理电路组成，可以实现对应变的高精度测量。
在实际应用中，应变式传感器有着广泛的用途。
在工程领域，它们可以用于监测建筑结构的变形和应变，以及汽车和飞机的结构健康监测。
在制造业中，应变式传感器可以用于监测机械设备的应变和应力，从而实现对设备状态的实时监测和预警。
此外，应变式传感器还可以用于医疗设备、体育器材和安全防护设备等领域。
总的来说，应变式传感器是一种非常重要的传感器，它可以实现对物体应变和变形的高精度测量。
通过了解其工作原理和实际应用，我们可以更好地理解和应用这一技术，为各种领域的工程和科学研究提供支持和帮助。
说明应变式压力和力传感器的基本原理
说明应变式压力和力传感器的基本原理
应变式压力传感器是一种基于材料的应变效应来测量压力的装置。
其基本原理是根据压力的作用，使传感器内的感应元件（通常为金属片、铂阻、半导体晶体等）产生变形，通过测量这种变形来确定压力的大小。
具体原理如下：
1. 压力作用下的应变效应：当外力作用在物体上时，物体会发生应变，即形状和尺寸发生变化。
应变分为压缩应变和拉伸应变两种，其大小与施加在物体上的压力成正比。
2. 应变测量：应变式压力传感器内部通常有一个弹性敏感元件，例如弹性金属片或细丝。
当外力施加在传感器上时，敏感元件会发生弹性变形，形成压缩或拉伸的应变。
3. 应变电桥：应变式压力传感器通常采用应变电桥来测量应变的大小。
应变电桥是由多个电阻组成的电路，其中包括一个感应元件和额外的参考电阻。
当感应元件发生应变时，感应元件上的电阻值也会发生变化，从而引起电桥电路的不平衡。
4. 输出信号：当应变电桥发生不平衡时，输出信号将产生。
这个不平衡信号可以是电流或电压变化，其大小与应变量呈线性关系。
通过测量不平衡信号的大小，可以确定外加压力的值。
5. 校准和放大：为了提高传感器的灵敏度和精度，通常需要对传感器进行校准和放大。
校准过程将不平衡信号与已知压力值进行比较，以建立压力与信号之间的关系。
放大器可以将传感
器输出信号放大到可测范围内，以便进行后续处理或显示。
综上所述，应变式压力传感器通过测量感应元件的应变量来间接测量压力的大小。
根据感应元件的不同材料和结构，可以设计出不同类型的应变式压力传感器，如压电式、电阻应变式、半导体式等。
传感器特性系列实验报告
一、实验目的1. 了解各类传感器的基本原理、工作特性及测量方法。
2. 掌握传感器实验仪器的操作方法，提高实验技能。
3. 分析传感器在实际应用中的优缺点，为后续设计提供理论依据。
二、实验内容本次实验主要包括以下几种传感器：电容式传感器、霍尔式传感器、电涡流式传感器、压力传感器、光纤传感器、温度传感器、光敏传感器等。
1. 电容式传感器实验（1）实验原理：电容式传感器利用电容的变化来测量物理量，其基本原理为平板电容 C 与极板间距 d 和极板面积 S 的关系式C=ε₀εrS/d。
（2）实验步骤：搭建实验电路，将传感器安装在实验台上，调整传感器与测量电路的连接，进行数据采集，分析传感器特性。
2. 霍尔式传感器实验（1）实验原理：霍尔式传感器利用霍尔效应，将磁感应强度转换为电压信号，其基本原理为霍尔电压 U=KBIL。
（2）实验步骤：搭建实验电路，将霍尔传感器安装在实验台上，调整传感器与测量电路的连接，进行数据采集，分析传感器特性。
3. 电涡流式传感器实验（1）实验原理：电涡流式传感器利用涡流效应，将金属导体中的磁通量变化转换为电信号，其基本原理为电涡流电压 U=KfB。
（2）实验步骤：搭建实验电路，将电涡流传感器安装在实验台上，调整传感器与测量电路的连接，进行数据采集，分析传感器特性。
4. 压力传感器实验（1）实验原理：压力传感器利用应变电阻效应，将力学量转换为易于测量的电压量，其基本原理为应变片电阻值的变化与应力变化成正比。
（2）实验步骤：搭建实验电路，将压力传感器安装在实验台上，调整传感器与测量电路的连接，进行数据采集，分析传感器特性。
5. 光纤传感器实验（1）实验原理：光纤传感器利用光纤的传输特性，将信息传感与信号传输合二为一，其基本原理为光纤传输的损耗与被测物理量有关。
（2）实验步骤：搭建实验电路，将光纤传感器安装在实验台上，调整传感器与测量电路的连接，进行数据采集，分析传感器特性。
6. 温度传感器实验（1）实验原理：温度传感器利用电阻或热电偶的特性，将温度变化转换为电信号，其基本原理为电阻或热电偶的电阻或电动势随温度变化。
应变式压力传感器
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。
应变式传感器工作原理
应变式传感器工作原理
应变式传感器是一种能够测量物体受力或变形情况的传感器。
其工作原理基于金属电阻应变效应，即当物体受到外力作用时，其形状和尺寸会发生变化，导致其电阻发生变化。
这种变化与物体的应变呈线性关系。
具体来说，应变式传感器通常由一个金属薄膜或细丝制成的传感元件构成，例如应变片。
应变片被固定在物体上，当物体受力或变形时，应变片也会相应受力或变形。
这会导致应变片上的金属薄膜或细丝发生微小的拉伸或压缩，从而改变其电阻值。
常见的应变式传感器有应变片型、应变梁型和应变挠性型等。
在这些传感器中，应变片是最常见的类型。
当物体受到力的作用时，应变片上的金属薄膜或细丝的电阻值会改变。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体所受力的大小或变形的程度。
为了实现准确的测量，应变式传感器还需要与电路连接和配套使用。
典型的电路包括电桥电路，其中传感器作为电桥的一个或多个元件。
当传感器上的应变导致电阻值变化后，电桥电路会产生输出电压，该电压与物体的应变成正比。
通过测量输出电压的变化，可以得到物体受力或变形的信息。
总之，应变式传感器是通过测量物体上的应变导致的电阻变化来检测物体受力或变形的。
该传感器常用于应力测量、位移测量等领域，具有灵敏度高、精度高、响应速度快等优点。