基于应变片传感器的压力测量
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。
压力传感器工作原理
压力传感器工作原理压力传感器是一种用于测量物体压力的设备，它可以将压力信号转换为可读取或可感知的电信号。
压力传感器的工作原理基于不同的传感技术，下面将介绍常见的几种压力传感器工作原理。
1. 应变片式压力传感器应变片式压力传感器是一种常见的压力测量装置。
它基于金属应变片的工作原理。
当外力作用于金属弹性体上时，弹性体会产生微小的形变，这会导致应变片上的电阻值发生变化。
应变片上放置有电阻应变计，它可以感知到电阻的变化，从而转换成电信号进行测量和记录。
2. 容积式压力传感器容积式压力传感器使用一个装有活塞或膜片的隔膜室来测量压力。
当外界压力作用于隔膜上时，隔膜会产生位移，从而改变隔膜室的容积。
利用容积变化可以测量出压力的大小。
传感器通常使用敏感元件或电容器来感知容积的变化，并将其转换为电信号进行测量。
3. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器基于电阻值随压力的变化而变化的原理。
通常使用敏感元件，如硅片或陶瓷，通过薄膜电阻的形式集成在元件中。
当外界压力作用于传感器时，薄膜电阻会发生变化。
这个变化可以通过电路进行测量，并转换为压力值。
4. 容感式压力传感器容感式压力传感器是一种基于电感值随压力的变化而变化的原理来进行测量的传感器。
传感器内部通常装有一个敏感的感知元件，当外界压力作用于传感器时，感知元件的电感值会发生变化。
这个变化可以通过电路进行感知和测量，并转换为对应的压力值。
总结而言，压力传感器的工作原理多种多样，常见的包括应变片式、容积式、压阻式和容感式等。
它们利用材料的特性和工作原理，将外界压力转换为可读取或可感知的电信号，以便测量和记录压力的数值。
这些传感器在工业、汽车、医疗等领域中得到广泛应用，为我们提供了准确和可靠的压力测量方案。
电阻应变片压力传感器实验报告
电阻应变片压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器实验报告电阻应变式传感器&压力传感器——实验报告院系：管理学院姓名：胡阳学号：PB12214074电阻应变式传感器实验内容1、自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力，并用图示说明。
2、利用所提供的元件连接单臂电桥，桥电压由万用表给出，记下零点电压。
3、依次增加砝码，测量单臂电桥的m~U定标曲线。
有了定标曲线后，就作成了一台简易的电子秤。
提示：电子秤的量程约2公斤，请勿加载过重的物体，以免损坏应变片。
4、测量待测物体的质量。
5、连接全桥电路，重复1~3步。
6、比较电路的灵敏度。
7、实验总结数据处理:1.单臂，全桥的定标线（一）单臂电桥-52.6-52.7U/mV-52.9-53.0-53.1-53.20100200300400500m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A -53.17155 0.00501B 0.00107 1.65553E-5------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99952 0.00692 6 0.0001（二）全桥：0.0530.0520.051U/V0.0490.0480100200300400500600m/gLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.05271 2.06453E-5B -7.33992E-6 5.71108E-8------------------------------------------------------------R SD N P-------------------------------------------------------------0.99985 3.02908E-5 7 0.0001------------------------------------------------------------2、待测物体质量，比较两种电路灵敏度：单臂电桥：U= -53.17155 +0.00107 * m ; 待测物体电压：-52.57mV代入式子求得待测物体质量：m=562.20g全桥电路：U=0.05271 +（-7.33992E-6）* m；待测物体电压：0.0493V代入式子求得待测物体质量：m=464.58g单臂电桥S1=0.00107（mV/g）全桥电路S2=0.00734（mV/g）可知S3S2S1，即全桥电路的灵敏度高，单臂电桥的灵敏度低。
应变片式传感器原理
应变片式传感器原理应变片式传感器是一种常用于测量物体应变量的传感器。
它基于弹性元件产生的变形来测量物体的力、压力、力矩、重力等各种应变物理量。
应变片式传感器由一个金属片制成，表面有细小的金属应变计。
当力或压力作用于传感器上时，金属片会发生微小的形变，而这种形变会导致金属应变计发生电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。
1.金属片造成应变：外部力或压力作用在传感器上时，传感器材料会发生微小的变形或扭曲，这会导致传感器产生应变。
2.应变计感知应变：应变片表面的应变计是一种具有电阻性质的金属网格或导线。
应变导线的电阻值会随应变的大小而发生变化。
通常情况下，应变计是作为被测物体和传感器之间的一个技术层靠贴合在一起的。
3.测量电阻变化：应变计所在的电路通过电极连接到测量电路中。
当外部力或压力作用在传感器上时，电阻值会发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。
4.数据处理：测量电路通常包括一个放大器和一个模数转换器。
放大器用来放大应变计产生的微小电压信号，模数转换器将模拟电压转换为数字信号，以便于后续处理和分析。
应变片式传感器的优点是结构简单，响应速度快，测量范围广。
它广泛应用于工程领域、自动化控制、材料测试、航天航空等领域。
在工程应用中，应变片式传感器可以用来测量桥梁、建筑物、汽车、船舶等结构材料的应变情况，以便于评估结构的稳定性和安全性。
在航空航天领域，应变片式传感器可以用来测量飞机翼上的气动力，以及航天器发射和着陆时的载荷情况。
然而，应变片式传感器也存在一些限制。
首先，金属应变计精度受到材料本身的特性和制造工艺的限制。
其次，温度变化也会对应变片式传感器的测量精度产生影响。
因为金属的热膨胀系数是有限的，当温度发生变化时，金属片会膨胀或收缩，从而影响测量结果。
因此，在应用中需要对温度进行补偿，以提高测量精度。
总之，应变片式传感器是一种重要的传感器类型，广泛应用于工程、自动化控制、材料测试和航空航天等领域。
压力传感器的原理及应用实验报告
压力传感器的原理及应用实验报告1. 引言压力传感器是一种广泛应用于工业控制和物理实验中的传感器。
它们能够测量物体的压力，并将其转换为相应的电信号输出。
本实验报告将详细介绍压力传感器的原理，搭建实验装置并进行相应的应用实验。
2. 压力传感器的原理压力传感器的原理是基于焊接应变片的工作原理。
当承受压力的物体与传感器接触时，传感器上的焊接应变片会发生变形。
这个变形会引起应变片内部电阻的变化，从而导致电信号的改变。
通过测量这个电信号的改变，我们可以确定物体所受压力的大小。
3. 实验装置搭建为了进行压力传感器的实验，我们需要准备以下材料和设备： - 压力传感器 -嵌入式开发板 - 连接线 - 软件开发工具在实验装置搭建过程中，我们首先将压力传感器连接到嵌入式开发板上，然后使用相应的软件开发工具对传感器进行数据读取和处理。
4. 实验过程在实验过程中，我们按照以下步骤进行： 1. 将嵌入式开发板连接到计算机，并启动软件开发工具。
2. 配置开发工具的相关设置，包括传感器类型、数据采集频率等。
3. 将压力传感器连接到开发板的相应引脚上。
4. 在开发工具中编写相应的代码，用于读取传感器的数据值。
5. 启动实验装置，给传感器施加不同的压力，并记录传感器输出的电信号值。
6. 根据实验记录的数据，绘制压力与电信号的关系曲线图。
5. 实验结果分析根据实验记录的数据以及绘制的关系曲线图，我们可以得出以下结论： 1. 压力传感器的输出电信号与所受压力呈正比关系，即随着压力的增加，电信号的值也会增加。
2. 在一定范围内，压力传感器的输出电信号与所受压力之间存在线性关系。
3. 通过对实验数据进行适当处理和分析，我们可以得到传感器的灵敏度和响应时间等参数。
6. 应用领域压力传感器在许多领域中都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面： - 工业自动化控制 - 医疗设备 - 汽车工业 - 环境监测 - 建筑结构监测7. 结论通过以上实验和分析，我们深入了解了压力传感器的原理和应用。
压力传感器测量原理
压力传感器测量原理
压力传感器是一种用来测量物体受到的压力大小的装置。
其工作原理通常基于压力对挠性零件的变形产生影响，进而通过检测变形量来确定压力的大小。
常见的压力传感器原理有以下几种：
1. 应变片原理：压力传感器中的应变片通常由金属薄片组成，当受到外部压力作用时，应变片会发生微小的形变。
这种形变会引起应变片上的电阻值发生变化，传感器测量电路能通过测量电阻的变化来识别压力的大小。
2. 电容原理：电容式压力传感器中的感应电极和固定电极之间的距离与介质的压力大小成反比。
当介质压力改变时，感应电极与固定电极之间的距离发生变化，进而改变了电容值。
通过测量电容值的变化，传感器可以确定压力的大小。
3. 压阻原理：压阻式压力传感器通常采用一种感应材料，当受到压力作用时，该材料的电阻值会发生变化。
通过测量材料电阻的变化，传感器可以获得被测物体的压力信息。
4. 谐振频率原理：谐振频率型压力传感器利用谐振腔体的固有频率与被测介质的压力相关联的特性。
当介质压力改变时，谐振腔体的固有频率也会发生变化。
通过测量固有频率的改变，传感器可以确定被测物体的压力大小。
以上是压力传感器常用的几种原理，不同原理的压力传感器适用于不同的应用场景。
应变片式压力传感器工作原理
应变片式压力传感器工作原理应变片式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于材料力学中的应变-应力关系。
应变片式压力传感器的工作原理可以分为两个主要步骤：应变测量和压力计算。
首先，应变片感知物体受力后产生的应变。
应变片是一种特殊的电阻材料，通常由金属或半导体材料制成。
当物体受力时，应变片会发生微小的形变，从而产生应变。
应变片上的电阻值会随着应变的变化而发生相应的变化。
为了测量应变片上电阻的变化，常用的方法是采用电桥电路。
电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是变化的应变片电阻，其余三个电阻是固定的。
当应变片受到应变时，电桥电路中的电阻差会导致电压差的产生。
这个电压差可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。
接下来，根据应变和压力之间的线性关系，可以通过压力传感器的校准曲线来将输出电压转换为压力值。
校准曲线可以通过实验测量获得，将已知压力值与输出电压值进行对应，获得一个压力-电压的关系曲线。
当测量到的输出电压通过校准曲线转换后，就可以得到物体所受的压力值。
应变片式压力传感器的精度和灵敏度主要取决于应变片的材料和几何形状。
常用的应变片材料有金属（如钢、铜、铝）和半导体材料（如硅）。
不同的材料具有不同的力学性质，因此适用于不同范围的压力测量。
此外，应变片的形状和布局也会影响传感器的灵敏度和响应速度。
需要注意的是，应变片式压力传感器在使用过程中还需要考虑温度对其性能的影响。
由于材料的热膨胀性质，温度变化会导致应变片的形变，从而产生误差。
为了解决这个问题，常见的方法是在应变片上加热敏电阻，通过测量电阻值的变化来补偿温度的影响。
应变片式压力传感器通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。
其工作原理基于应变测量和压力计算两个步骤。
通过测量应变片上电阻的变化，并将输出电压转换为压力值，可以实现对压力的准确测量。
在实际应用中，还需要考虑材料的选择和温度补偿等因素，以提高传感器的性能和精度。
应变式传感器和压力传感的实验报告
应变式传感器和压力传感的实验报告实验目的：1.了解应变式传感器的原理和应用。
2.掌握应变式传感器的测量方法。
实验器材：1.万用表1台。
2.模拟信号发生器1台。
3.应变计、应变片。
4.压力传感器。
实验原理：应变式传感器是利用材料的弹性在受外力作用后，产生形变，进而改变电阻、电压、电流等电学性质，从而间接测量与该外力有关的物理量的一类传感器。
主要由应变片、伸缩臂、固支臂和测量电路组成。
应变片是一种材料，在外力作用下，产生应变，从而改变电阻值。
伸缩臂和固支臂通过触头连接到应变片的不同位置上，形成电阻桥电路。
当不加外力时，电桥中四个电阻相等，电桥输出为零。
当加上外力时，应变片发生微小形变，引起两个支臂之间的距离改变，使电桥中某个电阻值增大，另一个电阻值减小，产生电桥不平衡，输出一个微弱的电压信号。
2.测量方法：（1）将应变片固定在被测物体上。
（2）接上电路，调整电桥平衡。
（3）加上外力，读取电压信号。
2.压力变送器原理：压力变送器是一种利用电特性和机械性质完成压力变送和压力测量的传感器，广泛应用于各种工业领域。
压力变送器的主要构成部分是压电芯片和信号处理电路。
压电芯片由微型动态压电晶体组成，其形式可分为无压缩形和有压缩形。
当被测量受到压力时，由于压电效应，在压电晶体中产生一定比例的电荷，其大小与压力成正比，并输出独立的电信号。
信号处理电路对压电芯片输出的电压进行放大、过滤、线性化等处理，以输出与被测压力相应的标准化电信号。
（1）将压力传感器安装在被测量上。
（2）接通电源和测量电路。
实验内容：1.利用应变计测量杆件的伸长量和应力。
2.利用压力变送器测量气压大小。
实验步骤：1.实验1：应变计的使用（1）准备工作：将应变片用双面胶粘贴在杆件两端。
（2）接线：将应变片接至独立电桥电路，调整电阻比平衡，设置好测量范围。
（3）测量伸长量：在杆件上加上负载，读取电压信号，计算伸长量。
（4）测量应力：根据公式（1）计算应力。
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“传感器与检测技术”研究小论文基于应变片传感器的压力测量
姓名：李
班级：2011
学号：
2014年4 月14 日
目录
第1章应变片传感器综述 (3)
1.1 应变片传感器简介 (3)
1.2 应变片传感器的工作原理 (3)
第2章传感器的选用 (4)
2.1 几种传感器及外围电路的比较 (4)
2.2 市场上的同类产品 (5)
第3章具体方案设计与分析 (6)
3.1 温度补偿电路 (6)
3.2 测量电路 (7)
3.3 系统总图 (8)
参考文献 (8)
一、 应变片传感器综述
1.1应变片传感器简介
压力传感器的种类繁多，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膜片电极式压力传感器等。
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。
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。
1.2应变片传感器的工作原理
电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。
当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。
这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。
把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。
一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。
找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。
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：
S
L R ρ= 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 ）
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。
电阻应变片的基本结构
电阻应变片主要由四部分组成。
如上图所示, 电阻丝是应变片敏感元件; 基片、覆盖片起定位和保护电阻丝的作用, 并使电阻丝和被测试件之间绝缘; 引出线用以连接测量导线。
二、传感器的选用
2.1几种传感器及外围电路的比较
一般的应变片传感器是把应半片贴在承受负载的弹性元件上，通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小，而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。
根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮辐式，梁式，环式，柱式等。
在测量拉/压力上主要用到的是柱式传感器。
柱式传感器的弹性元件分为实心和空心两种，如下所示。
（a 是实心，b是空心）
应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。
常用的有两臂差动电
桥和全桥电路，如下图所示。
一般电桥的输出电压为
))((43213241i o R R R R R R R R U U ++-= 两臂差动电桥电路的电压输出为
)
)(()(432211322411i o R R R R R R R R R R R R U U +∆++∆+∆+-∆+=）（… 设初始时R R R R R ====4321,工作时一片受拉一片受压，即R R R ∆=∆-=∆21,则可以简化为
εK =∆⋅=2
2i i o U R R U U 差动电桥电压灵敏度为
2
i U U =K 同理若采用四臂电桥，如上图所示并设初始时R R R R R ====4321，工作时R R R R R ∆=∆-=∆=∆=∆2341时，输出为
i i o U U R
R U εK =∆= 四臂电桥的电压灵敏度为i U U =K 通过比较其电压灵敏度知四臂电桥（全桥）电路的灵敏度高，故选用四臂电桥电路。
经网上查找，选用350欧 BF350高精度应变片。
价格便宜。
基底尺寸：7.3*4.2mm,丝栅尺寸：3*3.1mm.
2.2 市场上的同类产品
市场上符合设计要求的同类应变片传感器产品较多，这里主要介绍章和电气的JSG系列应变片.
JSG系列应变片具有如下优点：
1．高灵敏度，电阻值稳定
2．尺寸小，重量轻
3．横向效应小，粘结面积大
4．粘贴牢固，散热性好
5．结构简单，使用方便
6．适应性强
7、便于多点测量
8、品种多，工艺较成熟
三、具体方案设计与分析
3.1 温度补偿电路
电阻片是金属材料制成的, 它的阻值随温度的变化也要产生变化。
另外由于试件和电阻片材料的线膨胀系数不同, 从而也会使电阻片的阻值发
生变化。
温度变化引起的电阻值变化是客观存在的, 但不希望在测量结果中反映出来。
利用电桥的加减特性来消除由温度变化引起的电阻变化。
在电桥的 AB 臂接入感受机械应变的电阻片, 即工作片; 电阻片电阻变化中包含两个部分, 一部分是由于应变引起的电阻变化εR ∆, 另一部分是由于温度变化引起的电阻变化t R ∆, 如下图所示。
设电阻片的起始电阻为 R, 当它感受应变并伴随有温度变化时, 它的电阻 R 由变为R +εR ∆+t R ∆。
温度补偿电路
在电桥的 BC 臂接入一个同样的电阻片, 其起始阻值也为 R, 将此电阻片贴在与构件同样的材料上, 但它不感受应变。
要求第 2枚电阻片与工作片处于同样的环境温度中, 它因温度变化引起的电阻变化t R ∆与工作片因温度变化引起的电阻变化t R ∆相同, 称为温度补偿片。
这时电桥的输出电压变化量为 R R A R R -R R R U t t 0εε∆=⎪⎭⎫ ⎝
⎛∆∆+∆= 式中 A 为比例常数, 只与供桥电压和桥臂比有关。
这样, 电桥的输出
电压仅与应变引起的电阻变化率成正比, 与温度变化引起的电阻变化R
R t ∆无关, 起到了温度补偿的作用。
3.2 测量电路
应变片与测量电路之间需要用导线连接, 由于导线本身存在一定的电阻, 而且它和电阻片是串联在测量电路的桥臂上, 所以导线的电阻也是桥臂电阻的一部分, 但它本身不参加变形。
若不考虑导线电阻的影响, 测量结果存在一定的误差。
为了提高测量精度,有必要对导线电阻引起的误差进行修正。
根据以上分析, 采用直流电桥, 运用三线制电阻应变测量技术,设计应变测量电路如下图所示。
桥式测量电图
其中, N ＩＵ为供桥电压;3R , 4R 为固定桥臂电阻;1g R 为工作应变片;2g R 为补偿应变片; 1w R , 2R w , 3w R 为导线电阻; 1t R 为并联电阻; 2t R 为调零电位器; 0U 为桥路输出电压。
应变片与测量电路间采用三芯屏蔽线连接, 取3根导线长度相等, 易保证: 1w R = 2R w =3w R ,记作w R 。
又1g R =2g R 记作g R ,所以1g R +1w R =2g R +2R w 。
通过调整2t R , 保证3R 4R =1w R +1g R 2R w +2g R = 1, 达到调零的目的, 同时使得电桥电压灵敏度最高。
ADC 外围电路设计
3.3 系统总图
应变片传感器测量压力系统框图如下所示，被测对象的压力引起应变片传感器与被测对象间电阻的变化，通过测量单元拾取该电阻变化量传输给单片机，进行数据处理及转换，根据用户要求进行显示。
应变片传感器测量压力系统框图
四、参考文献
[1]梁立凯. 电阻应变片测量中温度为误差的补偿方法[J]. 呼伦贝尔学院学报, 2001.
[2]孙宇宁. 应变式测力传感器的非线性误差及其校正[J]. 传感器技术, 2006.
[3]樊尚春.传感器技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004
[4]李艳,李新娥,裴东兴.应变式压力传感器及其应用电路设计.计量与测试技术.2007。