应变式传感器及其应用
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。
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
电阻应变式传感器的应用
改变力的大小即可改变传感器输出图1-1电桥电路 IRJ3 *IXnxB.S应支传感器实验模枫liw实验一电阻应变式传感器的应用一一电子称实验一、实验目的1、了解和掌握电阻应变式传感器的工作原理和特性；2、了解和掌握电阻应变式全桥测量电路的优点及应变式全桥测量电路的应用；3、掌握电阻应变式传感器的标定方法和误差的计算方法。
二、实验原理电阻应变式传感器由弹性体、电阻应变片和电桥电路三部分组成，当弹性体受力作 用时产生变形£，粘贴在弹性体上的四个电阻应变片R1、R2、R3、R4受到变形作用而产生电阻的变化△R1、A R2、A R3、△R4，将受力性质相同的两个电阻应变片接入电桥的对边，不同性质的应变片接入电桥的邻边，四个电阻应变片组成如图1-1所示电桥，当电桥的两端加上电压时，传感器受力作用时，由于电桥的阻值不平衡，则在电桥的另两端将有电压输出，该输出电压与外加的力成比例, 电压的大小。
三、实验仪器与设备QSCGQ-ZT2型测控技术试验台、CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。
四. 实验步骤1. 按图1-2全桥实验接线图将传感器接入全桥电路，并用万用表检查桥路阻抗，电桥阻抗应为350欧；图1-2全桥实验接线图 一接主盘尊—电魔输曲按主挖蕭菸救县东-电鶴输出Vi.宦!-L_；■2、从QSCGQ-ZT2型测控技术试验台中可调电源部分调整±4V电源接入CGQ-013实验模块上；3、从QSCGQ-ZT2型测控技术试验台中引入电源±15V接CGQ-001实验模块，检查无误后，合上主控箱电源开关。
4、将CGQ-001实验模块输出端V02与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi相连，电压表的切换开关打到2V档；5、放大器调零：将CGQ-001实验模块中调节增益电位器Rw1顺时针调节到中间位置，然后进行差动放大器调零，使电压表显示0.00V。
简述应变式传感器的三类应用
简述应变式传感器的三类应用应变式传感器广泛应用于工业生产、结构监测和生物医学等领域。
第一类应用是工业生产领域。
在工业领域中，应变式传感器可以用于测量机械设备的应变情况，监测机器的工作状态和运行性能。
例如，通过安装应变式传感器在工业机器的关键部位，可以实时监测其受力情况，并及时预警可能的故障和损坏，从而提高机器的安全性和可靠性。
第二类应用是结构监测领域。
在建筑、桥梁、航空航天等领域中，应变式传感器被广泛应用于结构的健康监测和评估。
通过安装应变式传感器在结构体上，可以实时监测结构的应变情况，并获取结构的力学性能和变形信息。
利用这些监测数据，可以进行结构的健康状况评估，及时发现结构的损伤、疲劳和变形等问题，并采取相应的维护和修复措施，确保结构的安全可靠运行。
第三类应用是生物医学领域。
应变式传感器可以用于生物医学研究和临床医学诊断。
例如，应变式传感器可以被植入或贴附于人体组织或器官上，用于监测和记录生理信号和活动，如心率、呼吸率、肌肉运动和外界刺激等。
这些监测数据可以帮助医生了解患者的健康状况，进行疾病的诊断和治疗。
同时，应变式传感器在生物医学研究中也起到了重要作用，如研究材料力学性质、组织力学变化和运动生理等领域，为医学科学的发展提供了基础数据。
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。
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。
电阻应变式传感器的应用与发展
电阻应变式传感器的应用与发展一、引文传感器是一种在工程应用上极为常见的重要器件，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有响应与检出功能，并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置。
传感器是一个完整的测量系统，它能把被测非电量转换成与之有确定对应关系的电量输出，以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等要求。
电阻应变式传感器一种是利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器。
当弹性体（敏感元件）受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形。
应变片再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
1. 工作原理电阻应变式传感器的工作原理是电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相应发生变化的物理现象。
当一个金属电阻丝受轴向应力作用被拉伸时，假设它的长度变化Δl、面积变化ΔA、电阻率变化Δρ、泊松比μ，电阻丝的应变灵敏度系数k0的表达式可以写为：其中是由材料的几何尺寸变化引起的，而是由材料的电阻率ρ随应变引起的。
2. 结构与分类电阻应变计也称为电阻应变片，主要由敏感栅、基底和盖层、粘结剂和引出线四部分组成。
电阻应变计的种类很多，分类方法也很多：以敏感栅的材料分类，可以分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类；以安装方式可分为粘贴式、焊接式和喷涂式三类；以使用温度范围可分为低温、常温、中温以及高温应变计等；以基底材料分类可分为纸基、胶基、玻璃纤维增强基、金属基底以及临时基底等。
二、研究现状与前景1.优点与缺点与其他测量手段相比，电阻应变片有以下优点：a)测量应变的灵敏度和精确度高，性能稳定、可靠，可测1～2 ，误差小于1％；b)应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、响应速度快。
测量时对被测件的工作状态和应力分布影响较小，既可用于静态测量，又可用于动态测量；c)测量范围大。
既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。
关于应变式传感器的应用
关于应变式传感器的应用一、电阻应变片的结构及工作原理：1、应变片基本结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。
其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。
将敏感栅粘贴在绝缘的基片上，两端焊接引出导线，其上再粘贴上保护用的覆盖层，即可构成电阻丝应变片。
2、电阻应变片是能将被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。
它是基于电阻应变效应而制成的。
即导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应。
3、应变片类型有：应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。
金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片，半导体应变片。
二、应变式传感器应用：1.应变式测力与荷重传感器；⑴柱式力传感器；⑵梁式力传感器。
2、电阻应变式侧力传感器在功率测定方面的应用就是这种例子2，测功机广泛应用于使用中的汽车、拖拉机、飞机、船舶、工程机械、矿山机械的实际抢出功率和工作效率的在线检测, 它为设备优化设计和质检提供可亦的数据。
以前的测功机采用机械刻度盘式, 目前正逐渐被带徽机的数显式测功机所取代。
功率测定对于确定新设计的动力机械的工作能力、能源消耗、效率、使用寿命及安全性能等都是一个极为重要的特性参数, 对老设备进行技术改造也需要进行功率测定。
功率测定的首要问题是选择合适的测力传感器, 这种传感器既要满足一定的技术指标, 又要满足设备的结构尺寸要求。
例如, SL型传感器就是为改造小功率柴油机测功设备而专门研制的。
现在，电阻应变式测力传感器在柴油机生产等行业得到广泛应用, 为提高内燃机的品质、降低能耗起到重要的作用。
2、能源计量能源在贸易和使用中精确的计量是十分必要的。
原来的计量器具都是机械式的, 存在称量慢、精度低、操作维修不方便等缺陷。
目前由于传感器技术的飞速发展, 各种电子计量器具应用已十分普迫。
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10.3 气敏传感器及其应用
气敏传感器是一种把气体中的特定成分和浓度检测出来,并将 它转换成电信号的器件。 目前工厂和家庭中最常用的几种气敏传感器主要是半导体式 及接触燃烧式。 半导体式气敏传感器的品种很多，其中金属氧化物半导体材 料制成的传感器数量最多（占气敏传感器的首位），其特性 和用途也各不相同。金属氧化物半导体材料主要有SnO2系 列、ZnO系列及Fe2O3系列，由于它们的添加物质各不相同， 所以能检测的气体也不同。 U+
10.2.3 磁敏传感器的应用
由于磁敏传感器对磁敏感，因此均可用于转速、磁性产品计数和角位移 的测量。
采用图形识别传感器能检测纸片、纸币等上面的磁性图形或记号，输出 相对应于图形的信号波形。由于磁性图形印刷在纸片上，所以检测信号 十分微弱，需要经过放大电路放大，由示波器或记录器将波形显示出来。
（4）湿度传感器典型测量电路 电桥电路
欧姆定律电路
带温度补偿的湿度测量电路
10.2 磁敏传感器及其应用
10.2.1 磁敏电阻 10.2.2 磁敏晶体管 10.2.3 磁敏传感器的应用
10.2.1 磁敏电阻
当外加磁场增加时，电阻的阻值也随之增加的现象叫磁阻效应，利用这 种效应制成的元件称为磁敏电阻。金属和半导体材料都有磁阻效应，但 半导体材料的磁阻效应显著，故目前生产的磁敏电阻都是用半导体材料 制成。 1. MR214A/223A（日本电气）
1. 湿度的概念 湿度是指物质中所含水蒸气的量，目前的湿度传感器多数是测量气体中的水蒸气 含量。通常用绝对湿度、相对湿度和露点（或露点湿度）来表示。 （1）绝对湿度 （2）相对湿度 （3）露点 2. 湿度传感器的应用 （1） 湿度传感器的分类 湿度传感器分为电阻式和电容式两种，是由湿敏元件配以相应的检测、控制电路 构成。 （2） 湿敏传感器的特性 ① 精度和长期稳定性。 ② 温度系数。 ③ 供电。 ④ 互换性。 ⑤ 湿度校正。 （3）对湿度传感器性能作初步判断的应过程中所消耗的氧随葡萄糖量的变化而变 化。在反应过程中有一定量水参加时，其产物是葡萄糖酸和H2O2，因为在电 化学测试中反应电流与生成的H2O2浓度成比例,可换算成葡萄糖浓度。通常， 对葡萄糖浓度的测试方法有两种：一是测量氧的消耗量。即将葡萄糖氧化酶固 定化膜与02电极组合。葡萄糖在酶电极参加下，反应生成02，由隔离型O2电 极测定。这种O2电极是将Pb阳极与Pt阴极浸入浓碱溶液中构成电池。阴极表 面用氧穿透膜覆盖，溶液中的氧穿过膜到达Pt电极上，此时有被还原的阴极电 流流过，其电流值与含氧浓度成比例。二是测量H2O2生成量的葡萄糖传感器。 这种传感器是由测量H2O2电极与（GOD）固定化膜相结合而组成。葡萄糖和 缓冲液中的氧与固定化葡萄糖酶进行反应。反应槽内装满PH为7.0的磷酸缓冲 液，用Pt-Ag构成的固体电极，用固定化GOD膜密封，在Ag阴极和Pt阳极间加 上0.64V的电压，缓冲液中有空气中的O2。在这种条件下，一旦在反应槽内注 入血液，血液中的高分子物质如抗坏血酸、胆红素、血红素及血细胞类被固定 化膜除去，仅仅是血液中的葡萄糖和缓冲液中的O2与固定化葡萄糖氧化酶进行 反应，在反应槽内生成H2O2，并不断扩散到达电极表面，在阳极生成O2和反 应电流；在阴极，O2被还原生成H2O2。因此，在电极表面发生的全部反应是 H2O2分解，生成H2O2和O2。这时有反应电流流过。因为反应电流与生成的 H2O2浓度成比例，在实际测量中可换算成葡萄糖浓度。
10.4 生物传感器及其应用
10.4.1生物传感器工作原理及结构 10.4.2生物传感器应用
10.4.1生物传感器工作原理及结构
1.酶传感器 酶传感器的基本原理是利用电化学装置检测酶在催化反应中生成或消耗 的物质（电极活性物质），将其变换成电信号输出。这种信号变换通常 有两种，即电位法和电流法。 电位法是通过不同离子生成在不同感觉体上，从测得的膜电位去计 算与酶反应的有关的各种离子的浓度。一般采用NH4+电极（NH3电 极）、H+电极、C02电极等。 电流法是通过与酶反应有关的物质的电极反应，得到电流值来计算 被测物质的方法。其电化学装置采用的电极是O2电极、燃料电池型电 极和H2O2电极等。 2.葡萄糖传感器
高等职业教育电子信息类贯通制教材（机电技术专业）
传感器原理及应用技术 （第2版）
主 编 刘伟
电子工业出版社
第10章 其他传感器及其应用
10.1 湿敏传感器及其应用 10.2 磁敏传感器及其应用 10.3 气敏传感器及其应用 10.4 生物传感器及其应用 小 结
10.1湿敏传感器
①一致性判定。同一类型、同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以 上，越多越能说明问题。将几支湿度传感器放在一起通电比较检测输出值， 在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若要进一步检测，可在24小时内 间隔一段时间记录，通过观察一天内高、中、低三种湿度和温度情况变化， 可以较全面地了解产品的一致性、稳定性和温度补偿特性。 ② 用嘴呵气，或利用其他加湿手段对传感器加湿，观察其灵敏度、重复性、 升湿脱湿性能、分辨率，产品的最高量程等。 ③ 对产品作开盒和关盒两种情况的测试，比较是否一致，观察其热效应情 况。 ④ 对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）性能进行测试，然 后恢复到正常状态下检测与实验前的记录做比较，考查产品的温度适应性， 并观察产品的一致性情况。
2. DM106B（索尼）
10.2.2 磁敏晶体管
磁敏二极管由锗或硅半导体材料制成。 磁敏二极管的磁灵敏度可达10000(mA/T)，而且磁感应强度 在0.1T以下其输出为线性。它不但能检测磁场的大小，并能 测出磁场方向。测试电路简单，可以制成掌上小量程高斯计、 漏磁测量仪、磁力探伤仪及磁力探矿仪器、仪表等。另外， 它还可制成机床的接近开关、电子计算机键盘等无触点开关。 磁敏三极管与磁敏二极管原理相同，灵敏度高于磁敏二极管。
Uf
半导体气敏传感器 的基本工作电路
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1. 气敏元件与气敏传感器的应用 (1) 气敏元件 氧化锌元件是比较常用的一种气敏元件。 根据所用催化剂的不同，可以推测环境空气中大体含有哪些气体。比如 Ｎ型半导体氧化锌与少量的三氧化二铬混合后，如有催化剂铂存在，其 元件的阻值与环境气体中的乙烷、丙烷、异丁烷的含量有关，这些气体 含量越高，这种气敏元件阻值越小。 也可以使用以三氧化二铁为主的气敏元件。 这类材质也是Ｎ型半导体材料，它分为两种：分别为α—三氧化二铁和 γ—三氧化二铁。前者用来监测液化石油气；后者用来监测乙烷、丙烷、 丁烷、氢气和以甲烷为主的天然气，还可以用来检测乙醇气体。 （2）家用煤气报警控制器