应变式传感器应用举例
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。
电阻应变式传感器在电子秤中的应用
电子秤 中的电阻应变 式传感 器又称 称重传 感器，是一种能够将 重 力转变为 电信号的力～ 电转换装置 ，是电子衡器的一个关键 部件。能 够实现力一 电转换的传感器有多种 ，但绝大多数衡器产品所用的还是 电阻应 变式称 重传感器 。 电阻应变式称 重传感器 结构 简单，价格低 廉 ，精度较高 ，线性度好 ，且能够在相对 比较差的环境下使用 。因此 电阻应 变式 称 重 传 感 器在 电子 衡 器 中得 到 了广 泛的 运 用 。
４ ． １柱 式称 重传 感 器
电阻应变式传感器的使用方法主要有两种 。第一种是将应变片直 接粘贴 于被测构件上 ，用来 测量构件 的应变或应力 ；第二种是将应变 片粘贴 于弹性元件上 ，与弹性元件 一起构成 电阻应变式传感器 。弹性 元件将被测物 理量转 换为成 正比变化 的应变 ，再通过应变 片转换为 电
阻变 化 输 出 。 电阻应变式传感器应变 电阻的变化是极其微弱的 ，电阻相对变化 率仅为０ ． ２ ９ ６ 左 右 。要 精 确 地 测 量 这 么 微 小 的 电阻 变 化 是 非 常 困难 的 ，
般 的电阻测量仪表无法满 足要求 。通常采用 惠斯通 电桥 电路进行测 量 ，将 电阻相对变化△Ｒ 一～Ｒ 转换为 电压或 电流 的变化 ，再用测量仪 表或 电阻应变 式传感器专用测量 电路便可 以简单方便地进行测量。 惠斯通电桥电路 如图１ 所示。Ｒ ｌ 、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 、Ｒ ４ 为 四个桥臂的电阻， 电桥 的供 电电压 为ｕ ，电桥 输出 电压为 。在被 测物体 未施 加作用 力 时 ， 应 变 为 零 ，应 变 电 阻 没 有 变 化 ， 四 个 桥 臂 的 初 始 电 阻 满 足 Ｒ １ ／ Ｒ ２ ＝ Ｒ ３ ／ Ｒ ４ 时 ，桥 路 输 出 电压 Ｕ ＾ 为 零 ， 即 桥路 平 衡 。 如果 电桥 电压 保持不变 ，电桥 的输 出电压ｕ Ｏ 可 以用下式近似表
应变式传感器应用实例
应变式传感器应用实例嘿，朋友！想象一下这样一个场景，在一个阳光明媚的早晨，你走进了一家现代化的工厂。
机器轰鸣，工人们忙碌地穿梭其中。
而在这看似繁忙却又有条不紊的生产线上，有一些小小的“功臣”在默默发挥着巨大的作用，它们就是应变式传感器。
你看，那边正在运作的大型压力机旁，有个小小的装置，那就是应变式压力传感器。
工人师傅小李正专注地盯着仪表盘上的数据，额头上微微渗出了汗珠。
这台压力机可是生产线上的关键设备，它冲压出的零部件必须达到精确的规格。
要是没有这个应变式压力传感器，那可就像是盲人摸象，全凭感觉啦！“这玩意儿可真靠谱，要是没有它实时监测压力，咱们这活儿可不好干咯！”小李一边擦汗，一边笑着和旁边的工友说道。
再来到一处建筑工地，起重机正在吊起沉重的建筑材料。
在起重机的吊钩部位，也安装着应变式传感器。
负责操作起重机的老张，通过驾驶室里的显示屏，清晰地了解到吊钩所承受的重量。
“这传感器就像是我的眼睛，让我心里有底，能稳稳地吊起这些材料，不怕超重出危险。
”老张一脸认真地说。
还有啊，在高速公路的桥梁上，也隐藏着应变式传感器的身影。
它们时刻监测着桥梁的受力情况，就像是桥梁的“健康卫士”。
一旦发现桥梁有任何异常的受力变化，就能及时发出警报，保障过往车辆的安全。
想象一下，如果没有这些应变式传感器，工厂里可能会生产出大量不合格的产品，建筑工地上可能会发生危险的事故，高速公路上的桥梁说不定哪天就突然“生病”了。
这应变式传感器，不就像是我们生活中的隐形英雄吗？它们悄无声息地工作着，为我们的生活保驾护航。
它们在汽车制造中，能精确测量零部件的应力，确保汽车的质量和安全性能；在航空航天领域，帮助监测飞行器结构的受力状况，保障飞行安全。
难道你还能说应变式传感器不重要吗？它们的应用无处不在，已经深深地融入了我们的现代生活，成为了不可或缺的一部分。
无论是工业生产、建筑工程，还是交通运输等领域，应变式传感器都发挥着至关重要的作用，为我们创造了更安全、更高效、更精确的生活环境。
《电阻应变式传感器》课件
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应，即当半导体受到外力作用时 ，其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
电阻应变效应与电阻应变式传感器
电阻应变效应与电阻应变式传感器李洪津 邹来智 史延龄电阻应变式传感器是直接利用电阻应变片将应变转化为电阻变化的传感器,具有灵敏度高、稳定性好等优点,因此广泛应用于力矩、压力、加速度、重量等测量领域。
一、电阻应变效应外力作用于金属或半导体材料,使其发生机械变形,此时金属或半导体材料的电阻值就会随之发生变化,这种现象称为 电阻应变效应。
对于一根金属电阻丝,设其电阻率为 、长度为l、横截面积为S,则在未受力时,金属电阻丝的原始电阻为R= l/S。
当金属电阻丝受到拉力作用时将伸长d l,横截面积相应减少d S,电阻率改变d ,从而引起金属电阻的变化d R= d l/S+l d /S- ld S/S2。
半导体材料在受到外力作用时,除产生形变外,其能带结构也要发生变化,从而引起电阻率更大的改变。
一般情况下,半导体材料的灵敏度比金属丝高50~80倍。
二、电阻应变片电阻应变片形式多样,常见的金属丝式电阻应变片和金属箔式电阻应变片都是由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成的(如图1)。
敏感栅是核心部件,由具有电阻应变效应的金属材料制成。
敏感栅粘在由绝缘材料制成的基片上,其上的覆盖层保护敏感栅。
基片受力后发生形变,带动敏感栅变形,于是敏感栅电阻产生变化。
测得应变片电阻值变化量后,便可得到外力的大小。
图1 金属电阻应变传感元器件敏感栅材料需要达到如下要求:灵敏系数大,且在相当大的应变范围内保持常数; 值大,即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值;电阻温度系数小,否则阻值会因环境温度变化而改变;与铜线的焊接性能好,与其他金属的接触电势小;机械强度高,具有优良的机械加工性能。
半导体材料的电阻应变片,一般是在单晶硅的基片上用扩散工艺或离子注入工艺及溅射工艺制成一定形状的应变元件。
摩托罗拉公司的产品就是在单晶硅膜边沿上倾斜安置应变元件。
当压力垂直施加于硅膜片时,产生剪切应力,使电阻变化。
半导体材料的电阻应变片灵敏度比金属丝式和金属箔式电阻应变片要高,但半导体材料受温度影响大,所以其应用受到一定限制。
电阻应变式传感器的工作原理及应用
一
２ 扭 矩传 感器 、 在扭 矩测 量 中． 电阻应 变式 扭矩 传感 器是 最 常用 的 种， 弹性 元件有 圆轴 ， 和板 等多种形 式 ． 其 杆 圆轴 式扭
而 伸 长 时长 度 增 加 ， 面 积 减 小 ， 截 电阻 值增 大 ； 当金 属 矩 传 感器 的弹性 元 件 感受 扭 转变 形． 和板 式 扭矩 传 杆 丝 受 外 力作 用 压 缩 时 。 度 减 小 。 面 积增 加 ， 长 截 电阻 值 感 器是 将扭 转变 形 转为 弯 曲变 形．其弹 性元 件感 受弯
在 日常 生 活 中 。 们 大 量 的 使 用 传 感 器 ． 如 ： 我 例 电 ｆ 载荷 ， 如 位移， 力等１ 压 能够在 弹性元 件上 产生 弹性 变形 视机 的遥 控器 利 用 红 外光 发 射 接 收传 感 器 控 制 电 视 ： ｆ 变１ 应 。 而粘贴 在 弹性 元件 表 面的 电阻应 变 计 可 以将感 受 到 弹性 变形 转 变 成 电阻值 的变化 ．这样 电 阻应 变式 麦 克 风是一 种 把声音 信 号转 换 成 电信号 的传感 器 。传
２１ ０ ２年第 １ 期
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脑 Leabharlann １９ ５ 电 阻应 变 式传 感器 的工 作 原 理及 应 用
付 晓 鸥
（本 溪 市机 电工程 学校 辽 宁 本 溪 １７ ０ １０ ０）
【 摘 要 】 本文 阐述 了应 变效 应 、 阻应 变式传 感 器工作 原理及 其 应 用。 ： 电 【 关键词 】 ：应 变效应 ； 电阻应 变式传 感 器 ； 用 。 应
第二章、应变式传感器1
（1）应变片的敏感栅具有一定温度系数； （2）应变片材料与测试材料的线膨胀系数不同。
3.4 电阻应变片的测量电路
单臂应变电桥
工作臂 双臂应变电桥 全臂应变电桥
应
变
电源
直流电桥：
电
交流电桥:
桥
电源端对称
桥臂关系 半等臂电桥 输出端对称
全等臂电桥
3.4.1 直流电桥
平衡条件 R1R4=R2R3
n=R2/R1=R4/R3
常用金属薄膜应变片
金属应变片的基本结构
转换元件 F
敏感元件
二、半导体应变片结构 体型、薄膜型和扩散型
1、体型半导体应变片 半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成片状小
条，经腐蚀压焊粘贴在基片上制成。
体型半导体应变片的结构
2、薄膜型半导体应变片
通过薄膜制备技术，在带有绝缘层的试件上沉积 半导体材料薄膜而制成。
对电阻丝材料应有如下要求：
① 灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数； ②ρ值大； ③ 电阻温度系数小，以免环境温度变化改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
表3-1 常用金属电阻丝材料的性能
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于 它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形 范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上 能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当 采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在 ±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于焊 接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
Κ κ 卡帕 Kappa 介质常数 Λ λ 兰姆达 Lambda 波长（小写）；体积 Μ μ 缪 Mu 磁导系数；微 ;放大因数（小写） Ν ν 纽 Nu 磁阻系数 Ξ ξ 克西 Xi Ο ο 奥米克戎 Omicron Π π 派 Pi 圆周率=圆周÷直径=3.1416 Ρ ρ 柔 Rho 电阻系数（小写） Σ σ 西格玛 总和（大写），表面密度；跨导（小写） Τ τ 陶 Tau 时间常数 Υ υ 宇普西隆 Upsilon 位移 Φ φ 斐(佛爱) Phi 磁通； 角 Χ x 西 Chi Ψ ψ 普西 Psi 角速；介质电通量（静电力线）；角 Ω ω 欧米伽 Omega 欧姆（大写）；角速（小写）；
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
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