应变式压力传感器的原理
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。
压力传感器原理【详解】
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一．压力传感器原理一些常用传感器原理及其应用：1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
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1、应变片压力传感器原理如图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。
应变片式压力传感器.pptx
一、应变片压力传感器
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片
图1 应变片压力传感器示意图
谢谢大家！专业专注源自专心《化工仪表与自动化控制》
——应变片式压力传感器
工作单位：山东轻工职业学院
主讲：石飞
一、应变片压力传感器
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半 导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸） 应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输 出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力 计。
第二章第四五节霍尔式压力传感器与应变式压力传感器
1. 传感器原理 2. 硅压阻式传感器
一、金属应变片压力传感器
金属应变片又称为金属电阻应变片，它是能将机械构 件上应变的变化转变为电阻变化的传感元件，它与相 应的测量电路可组成测力、测压、称重、测位移、测 加速度等测量系统，目前它是国内外应用数量较多的 一种传感元件。
1、 金属应变片的工作原理
3 霍尔式压力传感器的使用
传感器应垂直安装在机械振动尽可能小的场所， 且倾斜度要小。当环境介质易结晶或粘度较大 时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测 量上限值1/2左右为宜，且瞬间超负荷应不大 于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比 较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用 温度时要考虑温度附加误差，要采取恒温措施 (或温度补偿措施)。此外还应保证直流稳压电 源具有恒流特性，以保证电流的恒定。
R1
弹性元件不承受应变时，
RB +
Uout
R1和RB处于同一环境温度下。
R3=R4 (在黑板上进行公式推导和
R3
R4
-
+U-
给出结论)
线路补偿法电路原理图
(2)应变片的自补偿法
设敏感栅材料的电阻温度系数为，敏感栅材料 的线膨胀系数为z，弹性元件的线膨胀系数为g， 敏感栅的灵敏系数为K0，温度补偿的条件为：
A
r
为圆形截面电阻丝的截面积相对变化量。
dr 1 d A r 2A
称为金属电阻丝的径向应变。根据材料的力学性质，
在弹性范围内，当金属丝受到轴向的拉力时，将沿轴向
伸长，沿径向缩短。轴向应变和径向应变的关系可以表
示为：
dr μdl μ
r
l
式中：μ为电阻丝材料的泊松比（泊松系 数），负号表 示应变方向相反。
应变式压力传感器工作原理
应变式压力传感器工作原理
应变式压力传感器是一种将物理量转换为电信号输出的传感器。
它的工作原理是利用应变效应，将物体在受力后产生的应变转换为电信号输出。
应变效应是指物体在受力后发生微小的形变，这种形变随着力的大小和方向的变化而变化。
应变式压力传感器利用这种应变效应来实现压力的测量。
具体而言，应变式压力传感器通常由一个弹性体和一些电阻片组成。
当弹性体受到压力时，会发生微小的应变，使得电阻片的电阻值发生变化。
这种变化可以通过电路进行测量，并转换为电信号输出，从而实现压力的测量。
这里需要注意的是，弹性体的形状和材料都会对传感器的灵敏度和精度产生影响。
因此，设计和选择弹性体时需要考虑实际应用的要求，以达到较好的测量效果。
应变式压力传感器还需要进行校准，以保证测量结果的准确性。
校准的方法通常是在已知压力下进行比较测量，然后根据测量结果进行调整。
应变式压力传感器是一种常用的压力传感器，可以实现高精度的压力测量。
它的工作原理是利用应变效应，将物体在受力后产生的微
小应变转换为电信号输出。
在实际应用中，需要根据要求进行弹性体的选择和设计，并进行校准以保证测量结果的准确性。
应变片式压力传感器
CFBLY轮辐压力传感器就是一款应变片式压力传感器，其工作原理是运用了应变式，量程是200kg~100t之间，已经广泛应用于工业系统中力的测量和天车秤、轨道衡、料斗秤等各种称重、测力的工业自动化测量控制系统。
应变式压力传感器，从字面了解，其应变式是原理，其压力传感器是产品类型，而CFBLY轮辐压力传感器就是这样的一款传感器。
1、应变式原理
其内部基本构造一般是由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。
敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。
敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。
基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。
因此它必须作得很薄，一般为
0.03-0.06mm，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起。
2、压力传感器外形尺寸简图：
3、压力传感器主要量程型号：
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。
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四种压力传感器的基本工作原理及特点
四种压力传感器的基本工作原理及特点四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm 。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B 为栅宽，L 为基长。
为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：材料的电阻变化率由下式决定：d d d R A R A r r=+ （1） 式中；式中；R —材料电阻由材料力学知识得；由材料力学知识得； [(12)(12)]dRR C K m m e e =++-= (2) K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得可得 R L K K R Le D D == (3) 由式(2)可知，可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。
压力传感器原理及应用
压力传感器原理及应用压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。
一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。
压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。
半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。
半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。
它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。
此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。
由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。
但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变—电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。
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半导体应变片
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优点是尺寸小，灵敏度高，但 非线性严重，需要补偿电路。
应变式压力传感器优点
1.分辨力高，能测出极微小的应变； 2.误差小，一般小于1%。 3. 尺寸小，重量轻。 4.测量范围大，从弹性变形一直可测至塑性变形，最 大可达20%。 5.可测静态力，也可以测交变应力。 6.具备电气测量的一切优点，比如测量结果便于传送、 记录和处理。 7.能在各种严酷的环境中工作。 8.格低廉品种多样，便于选择和大量使用。
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应变片技术指标
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应变片的粘贴
1. 准备 ①试件 ②应变计
2. 涂胶 3. 贴片 4. 复查 5. 接线 6. 防护
6
应变片种类
应变片种类
7
丝式应变片 箔式应变片 薄膜式应变片 半导体应变片
丝式应变片
结构简单、价格便宜、蠕变大、易脱胶
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箔式应变片
灵敏度高，散热性好，寿命长
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薄膜式应变片
应变传递性能强，几 乎没有蠕变，具有灵 敏度高，稳定性好
项目五 力的检测
任务三 电子秤压力的检测
应变式压力传感器原理
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应变效应
R
l
( d )2
2
ρ：电阻率 l：金属丝长度 d：金属丝截面直径
应变效应
导体或半导体材料电阻随着机械变形而发生变化的现象 称为应变效应
R K
R
ε：轴向应变
K：应变片的灵敏度
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应变片灵敏度
影响灵敏度K因素 1. 材料的几何尺寸，这是金属电阻发生应变效应的原 因； 2. 电阻率， 因为材料中的自由电子的活动能力以及回顾——
1 应变式压力传感器的原理-应变效应 金属丝式应变片
2 应变式压力 箔式应变片 传感器种类 薄膜式应变片 半导体式应变片
3 应变式压力传感器优点
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