电阻式传感器
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电阻式传感器
外形图
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器原理
内部 图
外形图 展开图
(8)应变片式传感器应用
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
1、称重式料位计
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
2、电子皮带秤
电子皮带称的称重框架示意图
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
西门子称重传感器（内部结构）
弯曲横梁 （弹性体）
应变片
西门子称重传感器（内部结构）
拉伸
压缩
称重传感器—测量电路
西门子称重传感器(附件)
①支撑件
导向套件
密封圈
自定位螺栓
西门子称重传感器(附件)
②固定支架
西门子称重传感器(附件)
②固定支架
顶板
限制振动，防 举起装置
过载保护
底板
传感器固定 螺丝钉
2、电子吊车秤
卷扬筒 传感器
信号电缆
防扭转臂 定滑轮
传感器
动滑轮
荷重传感器安装在吊车上的方式
荷重传感器安装在钢丝绳固定端方式
(8)应变片式传感器应用
(二)梁式力传感器原理
梁的固定端宽度为b0，自由端宽度 为 b ，梁长为 L ，梁厚为 h 。这种弹性元 件的特点是，其截面沿粱长方向按一定 规律变化，当囊中力 F 作用在自由端时， 距作用力任何距离z的截面上应力a相等。 因此，沿着这种梁的长度方向上的截面 抗弯模量Ⅳ的变化与弯矩 M 的变化成正 比．即：
二、电阻式传感器
(2)应变效应 金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相
应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象
称为“应变效应”，用来产生应变效应的细导体称为
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。
电阻式传感器精品PPT课件
6. 理解应变式传感器的结构设计及应用
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
电阻式传感器
第3章 电阻式传感器
3.1 工作原理 3.2 特性分析 3.3 电阻应变片的温度误差及补偿 3.4 电阻应变片的测量电路 - 电桥
导学表
3.1 工作原理
应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象
弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变
弹性元件 具有弹性应变特性的物体
可见：电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。
注意补偿条件
① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应 变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样， 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
分析：当半导体应变片受轴向力作用时 半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：
E 式中：
π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
弹性模量： 单向应力状态下 应力除以该方向的应变。
应变成正比，即K为常数。
3.1.2 电阻应变片种类
常用的电阻应变片有两种： 金属电阻应变片 半导体应变片
金属电阻应变片
电阻丝
衬底
蚀刻箔片 衬底
(a)丝式
引出导线
1 2
(b)箔式
K 1 2
灵敏度取决于尺寸变化（应变效应为主）
半导体应变片
1 2
A
受外力作用伸长，长度增加，截面积减少，电阻值会增大。 受外力作用压缩，长度减小，截面增加，电阻值会减小。 电阻率增大，电阻值会增大 电阻率减小，电阻值会减小
3.1 工作原理 3.2 特性分析 3.3 电阻应变片的温度误差及补偿 3.4 电阻应变片的测量电路 - 电桥
导学表
3.1 工作原理
应变 物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象
弹性应变 当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变
弹性元件 具有弹性应变特性的物体
可见：电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。
注意补偿条件
① 在应变片工作过程中，保证R3=R4。 ② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应 变灵敏度系数K和初始电阻值R0。 ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样， 两者线膨胀系数相同。 ④ 两应变片应处于同一温度场。
分析：当半导体应变片受轴向力作用时 半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：
E 式中：
π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
弹性模量： 单向应力状态下 应力除以该方向的应变。
应变成正比，即K为常数。
3.1.2 电阻应变片种类
常用的电阻应变片有两种： 金属电阻应变片 半导体应变片
金属电阻应变片
电阻丝
衬底
蚀刻箔片 衬底
(a)丝式
引出导线
1 2
(b)箔式
K 1 2
灵敏度取决于尺寸变化（应变效应为主）
半导体应变片
1 2
A
受外力作用伸长，长度增加，截面积减少，电阻值会增大。 受外力作用压缩，长度减小，截面增加，电阻值会减小。 电阻率增大，电阻值会增大 电阻率减小，电阻值会减小
电阻式传感器
结构组成与特点
结构组成
电阻式传感器主要由电阻元件、电极和绝缘体等部分组成。其中，电阻元件是核 心部分，其电阻值随被测量（如温度、压力、位移等）的变化而变化。
特点
电阻式传感器具有结构简单、体积小、重量轻、价格低廉等优点。同时，由于电 阻元件与被测量直接接触，因此响应速度较快，且易于实现小型化和集成化。
性能参数及指标
灵敏度
线性度
电阻式传感器的灵敏度表示为单位被测量 变化引起的电阻值变化量。灵敏度越高， 传感器的测量精度和分辨率就越高。
线性度是指传感器输出量与输入量之间的 线性关系程度。线性度越好，传感器的测 量误差就越小。
稳定性
抗干扰能力
稳定性是指传感器在长时间使用过程中保 持其性能参数不变的能力。稳定性越好， 传感器的使用寿命就越长。
THANKS。
04
电阻式传感器信号处理与接口 电路
信号处理电路设计
01
02
03
放大电路
采用差分放大电路，减小 共模干扰，提高信号放大 倍数。
滤波电路
设计低通滤波器，滤除高 频噪声，保证信号平滑。
A/D转换电路
将模拟信号转换为数字信 号，便于后续数字处理。
接口电路实现方式
线性化接口电路
通过线性化电路将电阻式 传感器的非线性输出转换 为线性输出。
电阻式传感器
汇报人：XX
contents
目录
• 电阻式传感器概述 • 电阻式传感器结构与性能 • 电阻式传感器测量原理与方法 • 电阻式传感器信号处理与接口电路 • 电阻式传感器应用实例分析 • 电阻式传感器发展趋势与挑战
01
电阻式传感器概述
定义与工作原理
定义
电阻式传感器是一种利用被测物理量 （如压力、位移、温度等）引起的电 阻变化来测量该物理量的装置。
电阻式传感器原理
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。
电阻式传感器
提高灵敏度的作用,
34
筒式结构使应变片分散在端面的载荷集中
到筒的表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上
还能开孔，如图所示，形成许多条应力线，从而
与载荷在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、
非均布载荷的影响，使引起的误差更小。
35
(2)悬臂梁式传感器
悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、
抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹
等特点。
39
除等截面梁和等强度梁传感器外，还有剪
切梁式传感器，两端固定梁传感器等等。如图
所示，为几种梁式传感器外形。
40
（a）双孔梁
（b）S形
41
如图所示，是引进美国HBM公司技术和生产
线生产的SB3悬臂梁式传感器。
42
案例：电子称
3.2 电阻式传感器
华中科技大学机械学院
43
(3)轮辐式传感器
圆筒 形 两种 。 圆筒 或 圆柱
在外力F作用下产生的应变
为
F
e
E EA
33
一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面的
中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。
R1 和R3 ，R2 和R4 分别串联，放在相对桥臂
内，这是为了消除弯矩的影响。横向粘贴的应
变片R5、R6、R7和R8作为温度补偿片(也可起到
应变值与试件真实应变的相对差值不超过10%时
的最大真实应变值。影响应变极限大小的主要因
素是粘合剂和基底材料的性能。
27
(7)疲劳寿命
疲劳寿命是指粘贴在试件表面上的应变片，
在恒定幅值的交变应力作用下，可以连续工作而
不产生疲劳损坏的循环次数。该参数反映了应变
34
筒式结构使应变片分散在端面的载荷集中
到筒的表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上
还能开孔，如图所示，形成许多条应力线，从而
与载荷在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、
非均布载荷的影响，使引起的误差更小。
35
(2)悬臂梁式传感器
悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、
抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹
等特点。
39
除等截面梁和等强度梁传感器外，还有剪
切梁式传感器，两端固定梁传感器等等。如图
所示，为几种梁式传感器外形。
40
（a）双孔梁
（b）S形
41
如图所示，是引进美国HBM公司技术和生产
线生产的SB3悬臂梁式传感器。
42
案例：电子称
3.2 电阻式传感器
华中科技大学机械学院
43
(3)轮辐式传感器
圆筒 形 两种 。 圆筒 或 圆柱
在外力F作用下产生的应变
为
F
e
E EA
33
一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面的
中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。
R1 和R3 ，R2 和R4 分别串联，放在相对桥臂
内，这是为了消除弯矩的影响。横向粘贴的应
变片R5、R6、R7和R8作为温度补偿片(也可起到
应变值与试件真实应变的相对差值不超过10%时
的最大真实应变值。影响应变极限大小的主要因
素是粘合剂和基底材料的性能。
27
(7)疲劳寿命
疲劳寿命是指粘贴在试件表面上的应变片，
在恒定幅值的交变应力作用下，可以连续工作而
不产生疲劳损坏的循环次数。该参数反映了应变
《电阻式传感器 》课件
绕制或印刷导电线路
在弹性元件上绕制或印刷导电线路，确保 线路的电阻值和稳定性。
04
电阻式传感器的实际应用 案例
压力传感器
01
压力传感器是一种常见的电阻式传感器，它能够将压力信号转换为电 信号，从而实现压力的测量和控制。
02
在汽车工业中，压力传感器被广泛应用于发动机控制、气瓶压力监测 、空调系统等。
市场发展与竞争格局
市场需求
随着工业自动化、智能制造等领域的发展， 电阻式传感器的市场需求不断增长。
竞争格局
国内外企业在电阻式传感器市场上展开激烈竞争， 技术、品质和服务成为竞争的关键因素。
市场趋势
未来电阻式传感器市场将朝着智能化、小型 化、集成化、高精度和高可靠性的方向发展 。
06
总结与展望
电阻式传感器的重要地位
温度影响
电阻式传感器的电阻值会受到温度的影响，导致测量结果的误差。因此，需要采 取一定的温度补偿措施。
稳定性
经过长时间使用和多次测量后，电阻式传感器仍能保持其基本特性的能力，是衡 量传感器性能的重要指标。
响应时间与恢复时间
响应时间
电阻式传感器对输入物理量变化做出 反应的时间，即从输入变化到输出变 化所需的时间。
原材料准备
根据设计要求，准备所需的敏感材料、弹 性材料和辅助材料。
性能测试与校准
对制造完成的电阻式传感器进行性能测试 和校准，确保其测量精度和稳定性达到预 期要求。
制造弹性元件
根据设计图纸，采用机械加工或成型工艺 制造弹性元件。
组装与调整
将敏感元件、弹性元件和导电线路组装在 一起，并进行必要的调整和测试，以确保 传感器性能符合要求。
生物材料
结合生物材料，开发出具有生物 相容性和生物活性的传感器，用 于医疗、生物监测等领域。
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所以此时仍视电桥为开路情况，Uo基本不变。
交流电桥
应变式电阻传感器
根据直流电桥分析可知, 由于应变电桥输出电 压很小, 一般都要加放大器, 而直流放大器易于产生 零漂, 因此应变电桥多采用交流电桥。
电路特点
由于供桥电源为交流电 源, 引线分布电容使得桥臂 应变片呈现复阻抗特性。 A
B
Z1
Z2
IL
C RL U o
电子秤
应变式电阻传感器
远距离显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
应变式电阻传感器
电子天平的精度 可达十万分之一
应变式电阻传感器
人体秤
应变式电阻传感器
吊钩秤
便携式
应变式电阻传感器
②
等
强
F
度
悬
臂
X
梁
l
h 6lF
b0h 2 E
应变式电阻传感器
应变式电阻传感器 4．轮辐式力传感器
轮辐式传感器结构主要由五个部分组成， 轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片。 测量轮辐条对角线方向的线应变。 扁平外型有大的抗载能力，可承受大的偏心 度和侧向力，埋在地下用于测量行走中的拖 车、卡车，可根据输出对超载车辆报警。
U↑→ Ku↑
但供电电压U的提高受到应变片允许功耗的限制， 所以要作适当选择;
② 电桥电压灵敏度Ku=Ku(n) ， 恰当地选择桥臂比n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
提出问题？
当U值确定后, n值取何值时使Ku最高？
应变式电阻传感器
解决办法： 当dKu/dn=0 时，求Ku的最大值。
Ku
U0 R1
分析：
B R1
A
IL R2
C RL Uo
电桥不平衡输出电压为:
U0 U
n (1 n)2
R1
R1
R3
R4
D ＋U －
电桥电压灵敏度定义为：
Ku
U0 R1
U
n (1 n)2
R1
应变式电阻传感器
Ku
U0 R1
U
n (1 n)2
—— 电桥电压灵敏度
分析可知：
R1
① 电桥电压灵敏度Ku正比于电桥供电电压U
非线性误差 L 是否能满足测量要求？
应变式电阻传感器 讨论：非线性误差是否能满足测量要求？
对于一般应变片来说，所受应变ε通常在5×103以下。
R R
K
L
1
R 1
2 R 1
R 1
2 R 1
利和两
（1）若取K=2用式, 则ΔR1/R1=Kε=0.01, 代入上式计算得
非线性误差为，0.5%;
（2）若K=130有, ε=1×１0-3时, 线性误差为6%：。
A
C RL Uo 压Uo≠0
R3
R4
电桥不平衡输出电压为:
D ＋U －
设桥臂比n = R2/R1 考虑到平衡条件R2/R1= R4/R3 且ΔR1/R1很小可忽略
U0
U ( R1 R1 R1 R1 R2
R3 R3 R4
)
R4 R1
U
(1
R3 R1
R1 R2 )(1
R4
)
R1 R1
R3
应变式电阻传感器 b. 电压灵敏度
应变式电阻传感器
汽车衡称重系统
荷重传感 器上的应变片 在重力作用下 产生变形。轴 向变短，径向 变长。
应变式电阻传感器
荷重传感器原理演示
应变式电阻传感器 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
应变式电阻传感器 应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
F
F
应变式电阻传感器
+15V
即：在试件上安装两个工作应变片, 一个受拉应变, 一 个受压应变, 接入电桥相邻桥臂, 称为半桥差动电路。
该电桥输出电压为
U0
U( R1
R1 R1 R1 R2
R2
R3 R3 R4
)
测量 R1
aU
测量 R2
b Uo
若R1 R2 , R1 R2 , R3 R4则得
Uo
U 2
R1 R1
Uo
U
n (1 n)2
R1
dK u dn
1 n
1 n3
求得n=1时, Ku为最大值
Ku
U 4
即： 在电桥电压确定后, 当R1=R2=R3=R4时, 电桥电
压灵敏度最高, 此时有
结论：
U0
U 4
R1 R
当电桥电压U和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值, 且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
A. 直流电桥
应变式电阻传感器 B
R1
a.电桥平衡条件
U0
U ( R1 R1 R2
R3 ) R3 R4
A R3
IL R2
C RL Uo
R4
当电桥平衡时, Uo=0, 则有：
D ＋U －
R1R4 = R2R3 或
结论：
R1 R3 R2 R4
—— 电桥平衡条件
欲使电桥平衡, 其相邻两臂电阻的比值应相等, 或 相对两臂电阻的乘积相等。
1. 直流电桥
应变式电阻传感器 B R1
IL R2
电路组成
A
由四个桥臂R1、R2、R3及R4和
一个供桥电源U组成。
R3
C RL Uo R4
其中，RL为负载电阻 Uo为电桥输出电压。
D ＋U －
电路特点：
当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出
为零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏， 有电压输出。
电位器
Vout
Vcc
R1 R
360°/5000mV=0.07°/mv 5000mv/1024bit=5mv/bit 0.35°/bit
信号调理
A/D（10）
微处理器
应变式电阻传感器
结论：金属丝受拉时，l变 长、r变小，导致R变大 。
应变式电阻传感器
设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ 的电阻丝，其电阻值R为：
10Ω +10V
力传感器测量电路
±
AD581
＋
A1 －
AD741
200 4.99K
1500P
+10V
24.9K
Uo
1
200 K Rg
U ab
+15V －15V
+12V
a
b
Rg
722.6Ω
8
1
－
5 12
14 A2
7
AD522
2
11
＋
6
3
4 10K
13
失调
+15V
调整Rg使电路满量程输出为0~10V
输出Uo 0~10V
负载
应变式电阻传感器
转换元件
应变片电阻改变
敏感元件
膜片形变（应变）
压力作用
压力传感器示例
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器
低压进气口
高压进气口
绝对压力传感器
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器（续）
呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器 p1进气管
固态压力传感器
p2进气管
R1
RB
M
M
应变式电阻传感器
B
IL
B
IL
R1
R2
R1
R2
A
C RL Uo
A
C RL Uo
R3
R4
D
＋U －
R1
单臂电桥
RB
M
R3
R4ห้องสมุดไป่ตู้
D
＋U －
双臂电桥 （半桥式）
M
测量 R1
aU
R2 b Uo
测量 R1
aU
测量 R2
b Uo
R3
R4
单臂工作
R3
R4
双臂工作
应变式电阻传感器 解决办法：—— （1）差动电桥
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器（续）
p1进气管
表压压力传感器
应变式电阻传感器
压阻式固态压力传感器
内部结构
信号处理电路
应变式电阻传感器
容器内液体重量（液位）传感器
应变式电阻传感器
投入式液位计外形（续）
橡胶背压管
光柱显示器
压阻式固态 压力传感器
应变式电阻传感器
应变式加速度传感器
提出问题
箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间 测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适 合于大批量生产。
应变式电阻传感器
应变片的主要参数
1、几何尺寸：敏感栅基长、基宽、应变片的基底长
和基底宽；
2、初始电阻：未粘贴前，在室温下测得的电阻 (常
用120Ω)；
☆ 金属丝式应变片
应变式电阻传感器
汽车气囊的保护作用
使用加速度传感器可以在汽车发生碰 撞时，经控制系统使气囊迅速充气 。
应变式电阻传感器
力矩传感器
原理：
如果在轴上施加力矩，力矩将在轴上产生两个方向相 反的力和两个方向相反的形变，两个力传感器可以测 出这两个力，根据所测力的大小可计算出力矩。
d
p
项
应变式电阻传感器
应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。
应变式电阻传感器
☻小结
应变式电阻传感器
金属电阻应变片 dR K dl Rl
金属丝式应变片 箔式应变片 应用较多 金属薄膜应变片
交流电桥
应变式电阻传感器
根据直流电桥分析可知, 由于应变电桥输出电 压很小, 一般都要加放大器, 而直流放大器易于产生 零漂, 因此应变电桥多采用交流电桥。
电路特点
由于供桥电源为交流电 源, 引线分布电容使得桥臂 应变片呈现复阻抗特性。 A
B
Z1
Z2
IL
C RL U o
电子秤
应变式电阻传感器
远距离显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
应变式电阻传感器
电子天平的精度 可达十万分之一
应变式电阻传感器
人体秤
应变式电阻传感器
吊钩秤
便携式
应变式电阻传感器
②
等
强
F
度
悬
臂
X
梁
l
h 6lF
b0h 2 E
应变式电阻传感器
应变式电阻传感器 4．轮辐式力传感器
轮辐式传感器结构主要由五个部分组成， 轮轱、轮圈、轮辐条、受拉和受压应变片。 测量轮辐条对角线方向的线应变。 扁平外型有大的抗载能力，可承受大的偏心 度和侧向力，埋在地下用于测量行走中的拖 车、卡车，可根据输出对超载车辆报警。
U↑→ Ku↑
但供电电压U的提高受到应变片允许功耗的限制， 所以要作适当选择;
② 电桥电压灵敏度Ku=Ku(n) ， 恰当地选择桥臂比n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
提出问题？
当U值确定后, n值取何值时使Ku最高？
应变式电阻传感器
解决办法： 当dKu/dn=0 时，求Ku的最大值。
Ku
U0 R1
分析：
B R1
A
IL R2
C RL Uo
电桥不平衡输出电压为:
U0 U
n (1 n)2
R1
R1
R3
R4
D ＋U －
电桥电压灵敏度定义为：
Ku
U0 R1
U
n (1 n)2
R1
应变式电阻传感器
Ku
U0 R1
U
n (1 n)2
—— 电桥电压灵敏度
分析可知：
R1
① 电桥电压灵敏度Ku正比于电桥供电电压U
非线性误差 L 是否能满足测量要求？
应变式电阻传感器 讨论：非线性误差是否能满足测量要求？
对于一般应变片来说，所受应变ε通常在5×103以下。
R R
K
L
1
R 1
2 R 1
R 1
2 R 1
利和两
（1）若取K=2用式, 则ΔR1/R1=Kε=0.01, 代入上式计算得
非线性误差为，0.5%;
（2）若K=130有, ε=1×１0-3时, 线性误差为6%：。
A
C RL Uo 压Uo≠0
R3
R4
电桥不平衡输出电压为:
D ＋U －
设桥臂比n = R2/R1 考虑到平衡条件R2/R1= R4/R3 且ΔR1/R1很小可忽略
U0
U ( R1 R1 R1 R1 R2
R3 R3 R4
)
R4 R1
U
(1
R3 R1
R1 R2 )(1
R4
)
R1 R1
R3
应变式电阻传感器 b. 电压灵敏度
应变式电阻传感器
汽车衡称重系统
荷重传感 器上的应变片 在重力作用下 产生变形。轴 向变短，径向 变长。
应变式电阻传感器
荷重传感器原理演示
应变式电阻传感器 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R4
R
R1
2
应变式电阻传感器 应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
F
F
应变式电阻传感器
+15V
即：在试件上安装两个工作应变片, 一个受拉应变, 一 个受压应变, 接入电桥相邻桥臂, 称为半桥差动电路。
该电桥输出电压为
U0
U( R1
R1 R1 R1 R2
R2
R3 R3 R4
)
测量 R1
aU
测量 R2
b Uo
若R1 R2 , R1 R2 , R3 R4则得
Uo
U 2
R1 R1
Uo
U
n (1 n)2
R1
dK u dn
1 n
1 n3
求得n=1时, Ku为最大值
Ku
U 4
即： 在电桥电压确定后, 当R1=R2=R3=R4时, 电桥电
压灵敏度最高, 此时有
结论：
U0
U 4
R1 R
当电桥电压U和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时, 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值, 且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
A. 直流电桥
应变式电阻传感器 B
R1
a.电桥平衡条件
U0
U ( R1 R1 R2
R3 ) R3 R4
A R3
IL R2
C RL Uo
R4
当电桥平衡时, Uo=0, 则有：
D ＋U －
R1R4 = R2R3 或
结论：
R1 R3 R2 R4
—— 电桥平衡条件
欲使电桥平衡, 其相邻两臂电阻的比值应相等, 或 相对两臂电阻的乘积相等。
1. 直流电桥
应变式电阻传感器 B R1
IL R2
电路组成
A
由四个桥臂R1、R2、R3及R4和
一个供桥电源U组成。
R3
C RL Uo R4
其中，RL为负载电阻 Uo为电桥输出电压。
D ＋U －
电路特点：
当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出
为零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏， 有电压输出。
电位器
Vout
Vcc
R1 R
360°/5000mV=0.07°/mv 5000mv/1024bit=5mv/bit 0.35°/bit
信号调理
A/D（10）
微处理器
应变式电阻传感器
结论：金属丝受拉时，l变 长、r变小，导致R变大 。
应变式电阻传感器
设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ 的电阻丝，其电阻值R为：
10Ω +10V
力传感器测量电路
±
AD581
＋
A1 －
AD741
200 4.99K
1500P
+10V
24.9K
Uo
1
200 K Rg
U ab
+15V －15V
+12V
a
b
Rg
722.6Ω
8
1
－
5 12
14 A2
7
AD522
2
11
＋
6
3
4 10K
13
失调
+15V
调整Rg使电路满量程输出为0~10V
输出Uo 0~10V
负载
应变式电阻传感器
转换元件
应变片电阻改变
敏感元件
膜片形变（应变）
压力作用
压力传感器示例
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器
低压进气口
高压进气口
绝对压力传感器
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器（续）
呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器 p1进气管
固态压力传感器
p2进气管
R1
RB
M
M
应变式电阻传感器
B
IL
B
IL
R1
R2
R1
R2
A
C RL Uo
A
C RL Uo
R3
R4
D
＋U －
R1
单臂电桥
RB
M
R3
R4ห้องสมุดไป่ตู้
D
＋U －
双臂电桥 （半桥式）
M
测量 R1
aU
R2 b Uo
测量 R1
aU
测量 R2
b Uo
R3
R4
单臂工作
R3
R4
双臂工作
应变式电阻传感器 解决办法：—— （1）差动电桥
应变式电阻传感器
小型压阻式固态压力传感器（续）
p1进气管
表压压力传感器
应变式电阻传感器
压阻式固态压力传感器
内部结构
信号处理电路
应变式电阻传感器
容器内液体重量（液位）传感器
应变式电阻传感器
投入式液位计外形（续）
橡胶背压管
光柱显示器
压阻式固态 压力传感器
应变式电阻传感器
应变式加速度传感器
提出问题
箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间 测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适 合于大批量生产。
应变式电阻传感器
应变片的主要参数
1、几何尺寸：敏感栅基长、基宽、应变片的基底长
和基底宽；
2、初始电阻：未粘贴前，在室温下测得的电阻 (常
用120Ω)；
☆ 金属丝式应变片
应变式电阻传感器
汽车气囊的保护作用
使用加速度传感器可以在汽车发生碰 撞时，经控制系统使气囊迅速充气 。
应变式电阻传感器
力矩传感器
原理：
如果在轴上施加力矩，力矩将在轴上产生两个方向相 反的力和两个方向相反的形变，两个力传感器可以测 出这两个力，根据所测力的大小可计算出力矩。
d
p
项
应变式电阻传感器
应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。
应变式电阻传感器
☻小结
应变式电阻传感器
金属电阻应变片 dR K dl Rl
金属丝式应变片 箔式应变片 应用较多 金属薄膜应变片