电阻式传感器的工作原理及应用
电阻式传感器的原理和应用
电阻式传感器的原理和应用一、引言电阻式传感器是一种常用的传感器，根据电阻值的变化来检测并测量环境中的物理量。
它可以通过改变电流、电压或物体的位置来改变电阻值，并将这些变化转化为电信号进行测量和控制。
电阻式传感器广泛应用于工业自动化、汽车、电子设备、医疗仪器等领域，本文将介绍电阻式传感器的原理和应用。
二、电阻式传感器的原理电阻式传感器的原理是基于电阻值的变化来测量物理量。
常见的电阻式传感器包括拉压型传感器、温度传感器、位移传感器等。
2.1 拉压型传感器拉压型传感器是通过改变物体所受力大小来改变电阻值。
当物体受到外力作用时，传感器内部的电阻值会随之变化。
利用这种原理，可以测量物体所受的力大小。
拉压型传感器广泛应用于重力感应、压力测量、体重测量等方面。
2.2 温度传感器温度传感器是通过改变物体的温度来改变电阻值。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等。
温度传感器可以根据电阻值的变化来测量物体的温度。
在汽车、电子设备、气象等领域都有广泛的应用。
2.3 位移传感器位移传感器是通过改变物体的位置来改变电阻值。
常见的位移传感器包括线性变阻器、电位器、差分电容传感器等。
位移传感器可以根据电阻值的变化来测量物体的位置，广泛应用于机械控制、自动化等领域。
三、电阻式传感器的应用电阻式传感器具有广泛的应用领域，以下列举了几个常见的应用场景：•工业自动化：电阻式传感器可以用于测量压力、温度、流量等工业参数，实现工业过程的自动化控制。
•汽车行业：电阻式传感器在汽车中的应用十分广泛，用于测量水温、油位、气压等参数，保证汽车的安全运行。
•智能家居：电阻式传感器可以应用于智能家居系统中，通过测量温湿度、烟雾等参数，实现家居设备的智能控制。
•医疗仪器：电阻式传感器在医疗仪器中的应用主要体现在体温计、血压计、心电仪等设备中，实现对人体健康状况的监测和测量。
•环境监测：电阻式传感器可以用于环境监测领域，例如测量大气压力、土壤湿度等参数，用于气象、农业等研究。
电阻式传感器的应用及原理
电阻式传感器的应用及原理1. 介绍电阻式传感器是一种常见的传感器类型，它利用物体的电阻变化来检测环境、物体或系统的不同参数。
电阻式传感器使用简单、成本低廉，并且在各种应用领域有着广泛的应用。
2. 原理电阻式传感器的原理基于电阻的变化。
当物体参数发生变化时，电阻值也会相应变化。
这种物理参数可以是温度、湿度、压力、光照等等。
通过测量电阻的变化，我们可以获取到目标参数的信息。
3. 主要类型电阻式传感器主要分为以下几种类型：3.1 温度传感器温度传感器是一种常见的电阻式传感器。
它利用物体的温度变化来改变电阻值。
温度传感器可广泛应用于温度监测与控制领域，例如工业过程控制、家电温度控制、气象观测等。
3.2 压力传感器压力传感器是另一种常见的电阻式传感器。
它通过测量物体受到的压力来改变电阻值。
压力传感器可广泛应用于工业领域、汽车制造、航空航天等。
3.3 光敏传感器光敏传感器利用光照强度的变化来改变电阻值。
它广泛应用于自动照明系统、摄影测量、机器人视觉等领域。
3.4 湿度传感器湿度传感器利用湿度的变化来改变电阻值。
它可广泛应用于农业、气象观测、温度湿度控制等领域。
4. 应用领域电阻式传感器在各个领域有着广泛的应用，下面列举了几个常见的应用领域：•工业自动化：电阻式传感器可用于检测温度、压力、液位等参数，实现自动化控制。
•医疗设备：电阻式传感器可用于监测血压、体温等生命体征参数，提供医疗诊断和治疗支持。
•环境监测：电阻式传感器可用于测量大气湿度、空气质量、噪音等环境参数，用于环境监测和治理。
•汽车制造：电阻式传感器可用于汽车发动机控制、制动系统、气囊等，提供驾驶辅助和安全支持。
5. 优缺点电阻式传感器具有以下优点和缺点：5.1 优点•成本低廉：电阻式传感器的制造成本相对较低，适用于大规模应用。
•可靠性高：电阻式传感器结构简单，使用寿命长。
•易于使用：电阻式传感器通常可以直接与微控制器或其他电子设备连接，方便集成和使用。
电阻应用式传感器的原理
电阻应用式传感器的原理1. 概述电阻应用式传感器是一种常用的传感器类型，用于测量电阻值的变化，并将其转换为与被测量参数相关的电信号。
本文将介绍电阻应用式传感器的原理及其应用。
2. 原理电阻应用式传感器利用电阻的变化来测量被测量参数的变化。
其原理基于电阻与电流、电压及温度之间的关系。
2.1 变阻器电阻应用式传感器通常使用变阻器作为核心部件。
变阻器是一个可变电阻，通过改变其电阻值来实现对被测量参数的测量。
2.2 电阻与电流根据欧姆定律，电阻和电流之间存在线性关系。
当电阻值增加时，电流减小；当电阻值减小时，电流增加。
电阻应用式传感器利用这一关系来测量电阻值变化，从而间接测量被测量参数。
2.3 电阻与电压电阻和电压之间也存在线性关系。
根据电阻与电压的公式，电阻值等于电压和电流的比值。
因此，通过测量电阻值和电源电压，可以计算出电流的大小。
2.4 电阻与温度电阻与温度之间也有密切的关系。
一般来说，电阻值随温度的升高而增加，线性关系较为明显。
因此，在测量温度变化时，可以利用电阻应用式传感器来测量电阻值的变化，从而计算出温度的大小。
3. 应用电阻应用式传感器在各个领域都有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用场景：3.1 温度传感电阻应用式传感器可以用于测量温度变化。
将传感器放置于被测量物体表面，并通过测量电阻值的变化来计算出温度的大小。
这种应用在温度控制、气象观测等领域非常常见。
3.2 压力传感电阻应用式传感器也可以用于测量压力变化。
通过将传感器安装在被测量物体上，并通过测量电阻值的变化来计算出压力的大小。
这种应用在压力控制、工业自动化等领域中广泛使用。
3.3 液位传感电阻应用式传感器还可以用于测量液位变化。
通过将传感器安装在液体容器中的不同位置，并通过测量电阻值的变化来计算出液位的高度。
这种应用在液位监测、液体处理等领域中非常常见。
3.4 气体浓度传感电阻应用式传感器还可以用于测量气体浓度变化。
通过将传感器置于气体中，并通过测量电阻值的变化来计算气体浓度的大小。
电阻应变式传感器的工作原理及应用
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
电阻式传感器的工作原理
电阻式传感器的神奇原理
电阻式传感器是一种常用的传感器，它的工作原理是基于电阻率
的变化来实现的。
下面，我们来详细了解一下电阻式传感器的神奇原理。
电阻式传感器是一种能够将被测量物的物理量转化为电阻值的传
感器。
它通常由两个部分组成：感受器和电路处理器。
感受器是一个
元件，它的电阻率会随着被测量物的物理量发生改变而发生变化。
电
路处理器则可以将感受器的电阻值转化为数字信号输出。
电阻式传感器的感受器通常采用了一些电阻材料，例如铂、铜、
镍等，这些电阻材料的电阻率会随温度、应变、压力等物理量发生变化。
举个例子，我们可以用电阻式传感器来测量温度。
当温度上升时，感受器材料的电阻率会随之变化。
这时，电路处理器就会测量感受器
的电阻值并将其转化为数字信号输出。
通过这种方式，我们就可以得
到准确的温度值。
除了温度，电阻式传感器还可以用来测量许多其他物理量，如压力、湿度、应力等。
不同的传感器会采用不同的感受器材料来适应不
同的测量需求。
总的来说，电阻式传感器的工作原理是利用电阻率的变化来实现的。
通过感受器材料的不同选取，可以实现对不同物理量的测量。
这
种传感器应用广泛，在各种工业、医疗、农业、航空等领域都有着重要的应用价值。
2、电阻式传感器原理与应用
dA 2 dr Ar
x
dL L
y
dr r
r为金属丝半径
εx为金属丝轴向应变
εy为金属丝横向应变
➢ 轴向应变εx的数值一般很小， 常以微应变度量；
➢ μ为电阻丝材料的泊松比，一 般金属μ=0.3-0.5；
对金属材料，电阻率几乎不变：
λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；
由于空腔内传压介质的高度比被测溶 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。
液位传感器： 当容器中液体多时，感压膜感受的压力大，将两只微压
传感器的电桥接成正向串联的形式，则输出电压为：
U0 U1 U2 (A1 A2 ) g h
料常用康铜和镍铬合金等。 目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。
由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此 它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类 型有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上 施加力时，其电阻的变化方式不同)。
半导体应变片的特性（与金属应变片相比较)：
✓灵敏系数S：表示应变片变换性能的重要参数。
✓绝缘电阻：应变片与试件间的阻值，越大越好。 一般大于1010Ω。
✓其它性能参数（允许电流、工作温度、应变极限、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度 等）。
3.2 测量电路及温度补偿 电阻应变片将应变转换为电阻的变化量，测量电路
将电阻的变化再转换为电压或电流信号，最终实现被测 量的测量。
定义：电阻丝的灵敏度系数S0——表示单位应 变所引起的电阻相对变化。
电阻应变片灵敏度系数S称为“标称灵敏度系 数”，由实验测定。
电阻应变式传感器工作原理及应用
电阻应变式传感器工作原理及应用电阻应变式传感器是一种常见的传感器类型，它基于电阻的变化来检测物体或环境的应变。
本文将介绍电阻应变式传感器的工作原理和常见应用。
电阻应变式传感器的工作原理主要基于金属电阻的特性。
金属材料在受力作用下会发生应变，即物体的形状和尺寸会发生改变。
当金属材料发生应变时，其电阻值也会发生变化。
电阻应变式传感器利用这一原理，通过测量电阻值的变化来反映物体的应变情况。
电阻应变式传感器一般由金属应变片和电阻组成。
金属应变片是一个非常薄的金属片，可以粘贴或焊接在需要测量应变的物体上。
当物体发生应变时，金属应变片也会发生相应的应变。
应变片上的电阻会因为应变而发生变化。
电阻应变式传感器中的电阻通常采用导线电阻，如铜线或铂电阻。
当应变片发生应变时，导线电阻的长度和截面积都会发生变化，从而改变电阻值。
通过测量电阻的变化，可以间接地得知物体的应变情况。
电阻应变式传感器的应用广泛。
它可以用于测量力的大小和方向，例如测量桥梁、建筑物和船舶等结构物的应变。
同时，电阻应变式传感器也可以用于测量压力、应力和扭矩等物理量。
例如，它可以用于测量管道中的流体压力，以及机械设备中的扭矩大小。
电阻应变式传感器还可以用于工业自动化领域。
通过将传感器连接到控制系统中，可以实现对物体或设备的实时监测和控制。
例如，在汽车制造过程中，电阻应变式传感器可以用于监测车身的变形情况，以确保车身的质量符合标准要求。
除了上述应用外，电阻应变式传感器还可以用于测量温度、湿度和流量等参数。
通过将传感器与相应的测量电路结合，可以实现对这些参数的精确测量和控制。
总结起来，电阻应变式传感器是一种基于电阻变化来检测物体或环境应变的传感器。
它的工作原理简单且可靠，应用范围广泛。
无论是在工业生产中，还是在科学研究和日常生活中，电阻应变式传感器都发挥着重要的作用。
通过不断的技术创新和应用拓展，相信电阻应变式传感器将在更多领域发挥重要作用。
第3章 电阻式传感器原理及其应用
3.1 电阻应变式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 传感器的工作原理 电阻应变片的结构和分类 电阻应变式传感器的测量电路 电阻应变式的粘贴 电阻应变式传感器的应用
3.2 压阻式传感器
3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用
金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金 先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热 的箔材， 先轧成厚度为 的箔材 处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶， 厚的树脂胶， 处理后在一面图刷一层 厚的树脂胶 再经聚合固化形成基底。 再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感 焊上引线， 栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆 盖片。 盖片。
若 接入的两个应变片对于电源输入端对称， 接入的两个应变片对于电源输入端对称，且满足两 个应变片在工作时所产生的电阻增量大小相等符号 相反时，电桥的输出电压变化为： 相反时概述
电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化 转化为敏感元件电阻参数的变化， 转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测， 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量 压力、位移、应变、速度、加速度、 力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度 它结构简单，性能稳定，成本低廉， 等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业 得到了广泛应用。 得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多， 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化 的物理原因也很多， 的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。
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电阻式传感器的工作原理及应用
————气敏传感器
气敏传感器是气敏电阻利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化的效应而制成的传感器。
按其结构可以分为烧结型、薄膜型、厚膜型三种。
工作原理
气敏电阻按其电阻变化的机理可分为表面控制型和体控制型，前者是通过使半导体载流子增多和减少来引起半导体电阻率变化的；后者则是通过使半导体体内晶格发生变化而引起电阻变化的。
常见的气敏电阻大都属于表面控制型。
以半导体材料2n S O 为例说明表面控制型气敏电阻的工作原理。
半
导体材料2n S O 属于N 型半导体，这类半导体气敏电阻工作时通常都需
要加热。
元件在加热开始时阻值急剧的下降，然后上升，一般经过2~10分钟才达到稳定，称之为初始稳定状态。
元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。
因为元件在“清洁大气”中吸附的氧气量固定不变（空气中的氧分压几乎固定不变），所以其阻值保持一定。
一旦某种浓度的被测气体流过元件，则在元件表面产生吸附，此时元件的阻值将随气体浓度变化而变化。
如果被测气体是氧化性气体（如2O 和x NO ），则被吸附气体分子会从气敏元件夺取电子，使N 型
半导体元件中的载流子电子减少，从而使电阻值增大。
如果你被测气体是还原性气体（如2H 、CO 、酒精等），则气体分子会向气敏元件释放电子，使元件中的载流子电子增多，从而使电阻值下降。
气敏电阻对不同气体的灵敏度差别很大，如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度，而对甲烷和CO 的灵敏度则较低。
在材料中掺入某些金属氯化物或贵金属化合物，可提高元件的吸附活性，并显著提高元件的灵敏度和扩大测试范围。
气敏传感器的应用
1、可燃气体排风警报器
当检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，可燃气体排风警报器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒等事故。
从而保障安全生产。
本设计主要用于检测空气中的可燃气体，常见的如有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、硫化氢、磷化氢等当被测场所的空气中存在可燃气体时，探测器便将感知到的信息送到报警仪表；若可燃气体的浓度超过安全指标，则报警器发出光声告警提示，并自动启动排风设备。
可燃气体排风警报器的电路原理图如图所示，包括减压整流、稳压模块、气敏传感元件和触发、声光报警电路。
半导体气敏元件采用MQ —2型；由于要求灯丝加热电压稳定，所以采用三端稳压器7805对灯丝电压进行稳压，开机预热三分钟。
图中的555和2R 、2RP 、4C 组成可控多谐振荡器。
平时，强制复位端4脚处于低电平，555处于停振状态；当气敏元件检测到可燃气体时，A —B 极间阻值减小，使4脚电位上升到1V 以上，555起振，振荡频率取决于2R 、2RP 、4C 的时间常数，即f=1.44/224()R RP C 。
220V 交流电源经9V 变压器降压后通过由4个二级管组成的桥式整流电路整流成直流10V 电压。
发光二极管1VD 为电源指示灯。
当
气敏元件2M 接触到可燃性气体时，其A —B 极间的电阻减小，从而
使该电阻与1RP 的分压上升，相对应的555的4脚电位上升，当4脚
的电位上升到1V 以上时555起振。
通常情况下，气敏元件的A —B 极间的阻值较大，该电阻与1RP 的分压减小，相应的使555的4脚处
于低电平，555处于停振状态。
555起振后，其输出端3脚将输出信号推动蜂鸣器发出报警声。
3脚输出信号的频率约为0.6~0.8z kH ；调节2RP ，可使频率稳定在1.5z kH 。
2、有害气体控制报警器
目前一氧化碳、煤气、液化石油气等气体与居民的生活生产联系越来越密切。
作为能源和原材料，虽然他们再给人类带来财富，但是其不安全的使用也会给人类带来巨大的危害。
其主要危害方式为：当扩散到空气中的以上气体达到一定浓度时，若人们吸入这些气体会对身体造成危害，严重的甚至死亡；同时，一定浓度的气体一个发生爆炸，从而严重威胁人们的生产生活。
针对气体的这些危害，这里选择了有害气体控制报警器来进行介绍，它适应于各种有害气体的检测。
当室内有害气体的体积分数达到一定数值时，该控制报警器能及时开
启排风扇，同时发出声音报警信号，可以避免有害气体引起的灾害。
该有害气体控制报警器由电源电路、气体检测电路、电子开关电路和声光报警电路组成，其原理如图所示。
1R 、2R 、4R ~9R 均选用1/4碳膜电阻器，3R 选用1/2碳膜电阻器。
1C 、2C 和4C 均选用耐压值为25V 的铝电解电容器，3C 选用涤纶电容
器。
1VD ~4VD 、7VD 均选用1N4007型硅整流二极管，5VD 和6VD 均选用
1N4148型硅开关二极管，1VS 选用1W 、12V 的1N4742型稳压二极
管，2VS 选用1/2W 、4.5V 的1N231或1N 5992B 型稳压二极管。
VL
选用5mm Φ的发光二极管，1VT VT 和4VT 选用S9013或3DG6型硅NPN
型晶体管，2VT 选用S9012或3CG2l 型硅NPN 型晶体管3VT ，和5VT 均
选用S8050或C8050型硅NPN 型晶体管。
IC 选用KD9561型音效集成电路。
K 选用12V 的HH53P 直流继电器。
BL 选用8Ω、0.5W 电动势扬声器。
气敏传感器选用QM —NG1型气敏元件。
气体检测电路由气体传感器和外围元器件组成。
当气体传感器的表面吸附有被测气体时，其电阻率会发生变化，因此它是一种气电转化元件。
在如图所示电路中，气体传感器在不接触有害气体时，其A —B 两极间的电阻值很大13~VT VT 均截止，继电器K 不吸合，控制器
不工作。
当室内有害气体达到一定浓度时，气体传感器A —B 两极间的阻值将变小，使13~VT VT 均导通继电器K 吸合，其常开触点1K 、2K 、3K 均闭合，使排风扇电动机M 和声光报警电路通电工作，扬声器BL
中发出响亮的警声信号，发光二极管ＶＬ随着警声而闪亮。
同时排风扇不断地把室内有害气体排放到室外。
当室内有害气体体积分数降到某一预定值时，继电器会自动切断排风扇和声光报警电路的工作电源，使其停止工作，从而达到自动控制室内有害气体的目的。
有害气体的比重不同，因此检测不同气体时，控制报警器的安装位置是不同的。
若用于检测煤气，应将该控制报警器安装在厨房的高处；若用于检测液化石油气，则应将该控制报警器安装在厨房的低处。
3、防止酒后开车控制器
如图所示为防止酒后开车控制器的电路原理图。
图中QM —J1为酒敏元件。
若司机没喝酒，在驾驶室内合上开关
S ，此时气敏器件的阻值很高，a U 为高电平，1U 为低电平，3U 为高电平继电器2K 线圈失电，其触点22K -闭合，发光二极1
VD 管通，发绿光，能点火启动发动机；若司机酗酒，气敏器件的阻值急剧下降，a U 使为低电平，1U 为高电平，3U 为低电平，继电器2K 线圈通电，触点22K -闭合，发光二极2VD 管通，发红光，以示警告，同时常闭触点21K -断开，无法启动发动机。
若司机拔出气敏元件，则继电器2K 线圈失电其常开触点11K -断开，仍然无法启动发动机。
常闭触点12K -的作用是长期加热气敏元件，保
证此控制器处于准备工作状态。
图中的5G1555为集成定时器。
参考文献
[1] 韩裕生,乔志花,张金. 传感器技术及应用. 北京:电子工业出版社,2013.。