力敏传感器的工作原理与分类
第四篇力敏传感器
第四章力敏传感器教学目标：1．了解弹性敏感元件的特性和要求。
2．了解几种常用测力称重传感器的特点、3．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应4．了解电桥电路的作用。
5．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。
6．理解压电式传感器的工作原理。
了解它的特点。
7．了解它们的应用。
力敏传感器是使用很广泛的一种传感器。
它是生产过程中自动化检测的重要部件。
它的种类很多，有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等，有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。
它主要用于两个方面：测力和称重。
本章介绍电阻应变式传感器、压阻式和压电式传感器。
§4-1（传感器中的）弹性敏感元件一、弹簧管压力表的组成：（如图4-1）图4-1弹簧管压力表的组成框图弹簧管——弹性敏感元件：将输入压力转换成自身的变形量（应变、位移或转角）。
二、弹性元件的基本特性：1．变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。
2．弹性：物体因受外力作用而产生变形，外力去掉后又恢复原状的特性。
3．弹性元件：具有弹性变形特性的物体。
4．弹性变形：弹性元件受外力作用而产生的变形。
5．弹性特性：作用在元件上的外力与相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。
（1）刚度：弹性元件产生单位变形所需的力。
（2）灵敏度：在单位力作用下弹性元件产生的变形。
刚度和灵敏度表示了弹性元件的软硬程度。
元件越硬，刚度越大，单位力作用下变形越小，灵敏度越小。
6．线性弹性元件：刚度和灵敏度为常数，作用力F与变形X成线性关系。
三、弹性敏感元件的基本要求及类型：弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。
它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。
基本要求：（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。
（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。
（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。
各类电力传感器的类型与工作原理
各类电力传感器的类型与工作原理电力传感器是一种用于测量和监测电力系统中各种参数的设备，它们可以测量电流、电压、功率、功率因素等重要参数，为电力系统的运行和维护提供了必要的数据支持。
根据其工作原理和用途，可以将电力传感器分为多种类型，包括电流传感器、电压传感器、功率传感器、功率因素传感器等。
本文将介绍各种电力传感器的类型、工作原理以及应用领域。
一、电流传感器电流传感器是用于测量电路中电流大小的传感器，根据其工作原理和测量方式的不同，可以分为电流变压器、霍尔传感器、电阻式电流传感器等。
1. 电流变压器电流变压器是一种通过电磁感应原理来测量电路中电流大小的传感器。
它是利用电流在导体中产生的磁场来实现测量的，一般由磁芯、一次绕组和二次绕组组成。
当电路中通过电流时，一次绕组产生的磁场会感应在二次绕组上，从而实现对电流大小的测量。
电流变压器具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于电力系统中的电流测量和保护。
2. 霍尔传感器霍尔传感器是一种利用霍尔效应来测量电路中电流大小的传感器。
当电流通过导体时，导体周围会形成磁场，而霍尔传感器可以感应到这种磁场的变化，并将其转换为对电流大小的测量值。
霍尔传感器具有结构简单、使用方便等优点，适用于对电流进行非接触式测量的场合。
3. 电阻式电流传感器电阻式电流传感器是一种利用电路中电流通过电阻产生的电压来实现测量的传感器。
它通常由一根电阻和电流变换电路组成，通过测量电阻两端的电压来计算电路中的电流值。
电阻式电流传感器具有价格低、体积小、可靠性高等优点，适用于对电流进行低成本测量的场合。
二、电压传感器电压传感器是用于测量电路中电压大小的传感器，根据其测量原理和结构不同，可以分为电位器式电压传感器、电容式电压传感器、电压变压器等。
1. 电位器式电压传感器电位器式电压传感器是一种利用电位器原理来测量电路中电压大小的传感器。
它通过调节电位器的位置来改变电路中的输出电压，从而实现对电压大小的测量。
各类传感器的工作原理
各类传感器的工作原理传感器是一种能够检测和感知周围环境，并将其转化为可用信号的装置。
传感器在各个领域中起着极为重要的作用，从智能手机中的加速度传感器到汽车中的车速传感器，从医疗设备中的心率传感器到环境监测中的温度传感器，都体现了传感器在现代生活中的广泛应用。
下面将介绍几种常见的传感器及其工作原理。
1.光电传感器：光电传感器是基于光电效应的原理工作的。
光电效应是指当光照射到物体表面时，光中的能量被物体吸收，电子被激发而从原子中跃迁，产生电流。
光电传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，可以用于测量光的强度、距离或光的频率等。
2.压力传感器：压力传感器是利用压力作用在压敏电阻或压电材料上变化的阻值或电荷来测量压力的。
当外力施加在压阻上时，导电粒子（电子或离子）运动受到阻碍，阻值发生变化，通过测量电阻的变化来确定压力的大小。
3.温度传感器：温度传感器利用材料在温度变化时导电性或热传导性的变化原理来测量温度。
常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶和温度敏感电容等。
热敏电阻是利用材料的电阻随温度的变化而变化；热电偶则是利用两种不同材料的接触产生热电势差，通过测量热电势差来计算温度；温度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定温度。
4.加速度传感器：加速度传感器是利用物体在加速或减速时所产生的惯性力来测量加速度的。
常用的加速度传感器有电容式加速度传感器和压电式加速度传感器。
电容式加速度传感器通过测量电容的变化来确定加速度；压电式加速度传感器则是利用压电效应和加速度之间的关系来测量加速度。
5.湿度传感器：湿度传感器是利用材料的吸湿性或湿度对电阻、电容或电抗等性能的影响来测量湿度的。
常用的湿度传感器有湿度敏感电阻、湿度敏感电容和湿度敏感电感等。
湿度敏感电阻通过测量电阻的变化来计算湿度；湿度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定湿度。
总之，传感器的工作原理各异，但都是基于其中一种物理效应或电学特性的变化来实现对周围环境的感知和检测。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类传感器的分类方法很多．主要有如下几种：（1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。
这种分类有利于选择传感器、应用传感器（2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。
这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。
（3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。
这种分类法可分出很多种类。
（4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。
其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。
传感器数字化是今后的发展趋势。
（5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。
若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。
（6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。
主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。
微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、传感器（图1）流体传感器——触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
化学类，基于化学反应的原理。
生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。
力敏传感器的原理
力敏传感器的原理力敏传感器是一种广泛应用于工业自动化、机器人、医疗设备等领域的传感器，用于测量和感知物体施加在其上的力的大小。
它基于材料的力学特性以及与物体接触的感知技术，可以精确地测量静态或动态的力，并将其转化为电信号输出。
力敏传感器的原理主要分为两种类型：压电式和变阻式力敏传感器。
1. 压电式力敏传感器压电式力敏传感器利用压电效应来实现力的测量。
压电效应是指某些晶体材料在受到机械应力时会产生电荷或电位变化的现象。
压电材料通常是由特殊晶体或陶瓷制成，如石英、锆酸钛等。
在压电式力敏传感器中，压电材料被安置在传感器的接触面上。
当外界力作用在传感器上时，力会通过接触面传递给压电材料。
由于压电效应，压电材料内部的电荷或电位会发生变化，这种变化可以通过感应电极捕捉到，并转化为电信号输出。
2. 变阻式力敏传感器变阻式力敏传感器则利用材料的电阻随受力变化的特性来实现力的测量。
在变阻式力敏传感器中，通常采用应变测量电阻（strain gauge）来感知受力。
应变测量电阻是一种以金属导线或薄膜材料制成的电阻，其电阻值会随着受力的变化而发生变化。
通常，应变测量电阻被粘贴或粘合在传感器的应变区域上，当外界力作用于传感器时，应变区域发生形变，从而导致应变测量电阻的电阻值发生变化。
为了测量电阻值的变化，变阻式力敏传感器通常需要一个电桥电路。
电桥电路由多个电阻组成，其中一个电阻为应变测量电阻，其余的为补偿电阻和标定电阻。
当外界力施加在传感器上时，应变测量电阻的电阻值发生变化，这会引起电桥电路不平衡，进而产生微小的电压差。
这个电压差可以通过电桥电路中的放大器放大，并转化为可供读取和处理的模拟电信号或数字信号输出。
总结起来，力敏传感器的原理主要包括压电效应和应变测量电阻。
压电式力敏传感器利用压电效应将受力转化为电荷或电位变化，并输出相应的电信号；而变阻式力敏传感器则利用应变测量电阻的电阻值随受力变化的特性，通过电桥电路将变化转化为电压差输出。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类
传感器得分类＿传感器得原理与分类_传感器得定义与分类传感器得分类方法很多.主要有如下几种：(１)按被测量分类,可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等.这种分类有利于选择传感器、应用传感器(2)按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。
这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器得工作原理进行阐述。
（3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。
这种分类法可分出很多种类。
（４）按照传感器输出量得性质分为摸拟传感器、数字传感器.其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等.传感器数字化就是今后得发展趋势。
（5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用与家电用传感器等。
若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。
（6)根据使用目得得不同，又可分为计测用、监视用,位查用、诊断用，控制用与分析用传感器等.主要特点传感器得特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业得改造与更新换代,而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新得经济增长点。
微型化就是建立在微电子机械系统（ＭEMS）技术基础上得,已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
主要功能常将传感器得功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器—-视觉声敏传感器——听觉ﻫ气敏传感器-—嗅觉ﻫ化学传感器——味觉ﻫ压敏、温敏、传感器（图１)流体传感器——触觉ﻫ敏感元件得分类:ﻫ物理类，基于力、热、光、电、磁与声等物理效应。
ﻫ化学类,基于化学反应得原理。
生物类,基于酶、抗体、与激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件与味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分4６类）。
力传感器
2020/3/1
1．应变式称重传感器的工作原理
电阻应变式称重传感器由弹性元件、应 变片和外壳组成。
弹性元件是称重传感器的基础，被测物 的重量作用在弹性元件上，使其在某一部位产 生较大的应变或位移；弹性元件上的应变片作 为传感元件，将弹性元件敏感的应变量或位移 完全地同步地转换为电阻值的变化量，转换成 电信号，完成了重力的测量。
这种测量方法简单、方便，成本低。 但容易损坏，受环境影响大，使用寿命短 。长期使用时，零点漂移大，需要在使用 前调节零点。
2020/3/1
方案二：在本课题中也
可以直接采用电子吊秤的方 法（课题二介绍）。购买电 子吊秤接在起重设备下，可 实现货物在线装卸测量、在 线称重，随时改变称量地点 ，可实现分次分批称重，提 高效率，但成本较高。
2020/3/1
[任务实施]
方案一：测量、控制起重设备吊运货物 的重量，可以采用在吊钩的圆柱壁上粘贴应 变片的方法，检测起吊重量。
测量吊运货物的重量， 量程较大，一般在吊钩的圆 柱壁上横竖各粘贴一片应变
片，组成双臂半桥电路。
2020/3/1
为应变电桥提供±2V稳压电源，电桥 输出信号接入差动直流放大电路，测量输 出电压。根据输出电压值可以推算出应力 的大小，即重力。也可以使用应变片专用 测量仪—电阻应变仪进行检测。
❖ 半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、 扩散型、外延型等。体型半导体应变计是将 晶片按一基片 定取向切片、研带磨状引、线 再切割P-Si 成细条, 粘贴于基片上制作而成。几种体型半导体应 变计示意图如图所示。
晶片
N-Si
电阻应变式传感器的测量电路
应变电阻变化是极其微弱的，电阻 相对变化率仅为0.2%左右。例如：应变 电阻为300Ω，电阻变化量为0.6Ω，要 精确地测量这么微小的电阻变化是非常 困难的。通常采用惠斯登电桥电路进行 测量，将电阻相对变化△R/R，转换为 电压的变化，再用测量仪表应变式传感 器测量电路便可以简单方便地进行测量。
电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章 力敏传感器
第四章 力敏传感器
常见的压电式传感器
第四章 力敏传感器
2.压电材料特点和分类
用于制作压电元件的压电材料一般分为三大类： 一是压电晶体（单晶），它包括石英晶体和其他 压电单晶； 二是压电陶瓷； 三是新型压电材料，其中有压电半导体和有机高 分子压电材料两种。
第四章 力敏传感器
石英晶体薄片
压电陶瓷
第四章 力敏传感器
二、压电材料的主要特性参数
1.压电常数
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接 关系到压电元件输出的灵敏度。
2.弹性常数
压电材料的弹性常数、刚度决定着压电元件的固有 频率和动态特性。
3.介电常数
对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介 电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率 下限。
电阻应变片的工作原理是利用导体或半导体材料 的电阻应变效应，即导体或半导体材料在外力作用下， 会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化的现象。
第四章 力敏传感器
实验表明，在金属丝的弹性变形范围内，当金属 丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，当 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。
第四章 力敏传感器
二以使用面积和电阻值表示，如 （3×10）mm2，120Ω。
2.应变片的灵敏系数K 3.应变片允许工作电流 4.应变极限 5.横向效应
第四章 力敏传感器
三、电阻应变片的选用
1.电阻应变片的选择 （1）应变片结构形式的选择
第四章 力敏传感器
名称 丝式 箔式 薄膜式
特点 制造简单、价格便宜、性能稳定、易于粘贴等优点，但蠕 变较大，金属丝易脱胶，逐渐被箔式所取代，多用于大批量、 一次性试验 表面积与截面积之比大，散热条件好，允许通过较大电流， 从而增大输出信号，提高灵敏度；可根据测量需要制成任意 形状，在制造工艺上能保证敏感栅尺寸准确线条均匀；具有 较好的可挠性，有利于粘贴及应变的传递；易加工，适于批 量生产 应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，易实现 工业化生产，但难以控制电阻与温度和时间的变化关系，是 一种很有前途的新型应变片
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U R E 4R 2R
，可忽略，由此可
•（2-3）
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•可见，输出电压与电阻变化率成线性关系，也即和应 变成线性关系，由此即可测出力值，由式（2-3）可得 半桥单臂工作输出的电压灵敏度
•（2-4）
•为了提高输出电压灵敏度，可以采用半桥双臂或全桥 电路，如图2-5所示。图2-5（a）为半桥双臂，图2-5 （b）为全桥电路。
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•B
•O •S
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•阶段小结
• 力敏传感器是将动态或静态力的大小转换成便于 测量的电量的装置。本模块介绍了电阻应变式传感器， 其将外力转化成电阻值的变化，再利用电桥电路检测 出电阻值的变化值，从而得出对应的力变化量。还讲 述了电感式传感器，其将外力引起的微小位移量转化 成电感参数的变化，从而得出相应力的变化量。如位 移量很小，可采用差动变压器来放大信号的方式，以 提高传感器的灵敏度。
图2-10
截面积型差动变压器
也随之改变。
•将绕组w2a和w2b反相串联并测量合成电动势e2，就可
以判断出非电量的大小及方向。
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室
•一般来说，较小位移量的测量采用差动变压器，图211列出其应用实例。图2-11（a）为测物体重量的电子 秤，用差动变压器把弹簧的位移变为电信号，换算为重 量即可；图2-11（b）为偏心测量仪，以起始点作为基 准，用正负量来显示转体的偏心程度。
•（a）电子秤
（b）偏心测量仪
•图2-11 差动变压器应用实例
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•为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如 图所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁 体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的 （测量仪未画出）。当列车经过线圈上方时，线圈中 产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速 度和加速度。
同，则绕组W1a和W2a间的 互感ma与绕组W1b和W2b 间的互感mb相等。
•当衔铁的位置改变时，
则ma不等于mb，ma和 mb的差值即可反映被测量
值的大小。
•图2-9 气隙型差动变压器式传
•为反映差值互感，将两个一次绕组的同名端顺向串联，并施加交
流电压u，二次绕组的同名端反向串联，同时测量串联后的合成 电动势e2为：e2=e2a-e2b （e2值的大小取决于被测位移的大小， e2的方向取决于位移的长方江工向程职。业）技术学院自动化教研
•（2）缺点
•频率响应低，不宜用于快速动态测量。一般来说，电感 式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范 围大时，分辨力和示值精度将相应降低。
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•3．种类
•电感式传感器种类很多，有利用自感原理的自感式 传感器（通常称电感式传感器），有利用互感原理 的差动变压器式传感器。此外，还有利用涡流原理 的涡流式传感器，利用压磁原理的压磁式传感器和 利用互感原理的感应同步器等。
•但是，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式 应变片的大，有的能相差几十欧姆，需要调整阻值。 金属箔式应变片因其一系列优点而将逐渐取代丝式 应变片，并占主要地位。
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•（a）箔式单向应变片
（b）箔式转矩应变片 （c）箔式压力应变片 （d）箔式花状应变片
•图2-3 各种箔式应变片
应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；
电阻丝材料与测长江试工程材职业料技术的学院线自动膨化教胀研 系数不同。 室
•（2） 温度补偿
•一般采用桥路补偿法、应变片补偿法或热敏电 阻补偿法。
•所谓桥路补偿法，如图2-4所示，当ab间接入 应变片传感器，bc间也接入同样的应变片，但 bc间接入的应变片不受构件应变力的作用，将 它用同样的方法粘贴在与ab间应变片所贴构件 材料相同的材料上，并与ab间应变片处于同一 温度场中，这样ab、bc间应变片的阻温效应相
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• （a）半桥双臂
（b）全桥电路
•
图2-5 直流电桥的连接
方式
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•对于半桥双臂Leabharlann •（2-5）•全桥
•（2-6）
•即半桥双臂可使电压灵敏度比半桥单臂提高一倍， 而全桥电路电压灵敏度又比半桥双臂电压灵敏度
提高一倍。可见，利用全桥，并提高供电电压E，
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•2．电阻应变片传感器基本应用电路
•将电阻应变片粘贴于待测 构件上，应变片电阻将随构 件应变而改变，将应变片电 阻接入相应的电路中，使其 转化为电流或电压输出，即 可测出力值。通常将应变片 接入电桥来实现电阻至电压 或电流的转换。根据电桥电 源不同，又分直流电桥和交 流电桥。这里主要介绍直流 电桥。图2-4所示为一直流 电桥，计算可知
图2-4 直流电桥
•（2-2）
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•若使此电桥平衡，即U 0 ，只要R1R3 R2R4 0 。 一般我们取 R1 R2 R3 R4 R 即可实现。现将R1 换成电阻应变片，即组成半桥单臂电桥，随构件产 生应变造成传感器电阻变化时，式（2-2）变成
•一般R = R
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1．电阻应变式传感器工作原理 •（1）应变效应 •由物理学可知，电阻丝的电阻R与电阻丝的电阻 率、导体长度及截面积存在如下关系
•（2-1）
•图2-1 电阻丝应变效应
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•（2）电阻应变式传感器的结构及特性 •金属电阻应变片分为金属丝式和金属箔式两种。 •① 金属丝式电阻应变片。金属丝式电阻应变片 的基本结构图如图2-2所示。由敏感栅1、基底2 和盖层3、引线4和黏结剂几个基本部分组成。
器处在同一温度场中，适当调
整R5值，可使 R与/URab的
乘积不变，热输出为零。
•图2-6 热敏电阻补偿法
•电阻应变式传感器广泛应用在测力及可以转化为力值 的量（如加速度等）。
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•图2-8 应变式加速度传感器原理图
•加速度传感器就是将被测加速度a 通过一个悬臂
梁将F力 ma 转化成应变片的应力，从而达到测量
加速度a 的目的。
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三、电感式传感器
•1．工作原理 •电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现 测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、 流量、重量、力矩和应变等多种物理量。电感式传 感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量 转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场 作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的 主要特征是具有绕组。
同，电阻的变化量R 也相同，由电桥理论可知， 它们起了互相抵消作用，对输出电压没有影响。
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•应变片补偿法分自补偿和互补偿两种。自补偿法的 原理是合理选择应变片阻温系数及线膨胀系数，使之 与被测构件线膨胀系数匹配，使应变片温度变化时，
由热造成的输出值为0。应变片互补偿法的原理是检
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二、电阻应变式传感器
•电阻应变式传感器是目前工程测力传感器中应 用最普遍的一种传感器，它测量精度高，范围 广，频率响应特性较好，结构简单，尺寸小， 易实现小型化，并能在高温、强磁场等恶劣环 境下使用，并且工艺性好，价格低廉。它主要 应用在力作用下，将材料应变转变为电阻值的 变化，从而实现力值的测量。组成电阻应变片 的材料一般为金属或半导体材料。
•课题一 力敏传感器的工作原理与分类
•任务目标 •★ 掌握电阻应变式力敏传感器的工作原理； •★ 掌握电感应变式力敏传感器的工作原理； •★ 了解电阻应变式和电感应变式力敏传感器之间 的区别。
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一、力敏传感器概述
•力敏传感器，顾名思义就是能对各种力或能 转化为力的物理量产生反应，并能将其转变为 电参数的装置或元件。很显然，要成为真正实 用意义上的力敏传感器，这个由力转化为电参 数的过程最好能成线性关系。根据由力至电参 数转变的方式不同，力敏传感器一般有电阻应 变式传感器、电位计式传感器、电感式传感器、 压电式传感器、电容式传感器等，它们也可用 来测量力值。
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•2．优点和缺点
•（1）优点
•结构简单可靠，输出功率大，抗干扰能力强，对工作环 境要求不高，分辨力较高（如在测量长度时一般可达 0.1mm），示值误差一般为示值范围的0.1%~0.5%， 稳定性好。
•图2-2 金属丝式电阻应变片的基本结构图
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•② 金属箔式应变片。如图2-3所示，它与金属丝式 电阻应变片相比，有如下优点：用光刻技术能制成 各种复杂形状的敏感栅；横向效应小；散热性好， 允许通过较大电流，可提高相匹配的电桥电压，从 而提高输出灵敏度；疲劳寿命长，蠕变小；生产效 率高。
•下面简单介绍其中一种较为常见的传感器：变压 器式传感器。
•变压器式传感器工作原理：变压器式传感器是将 非电量转换为线圈间互感的一种磁电动机构，很像 变压器的工作原理，因此常称其为变压器式传感器。 这种传感器多采用差动形式。
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•当没有非电量输入时，衔 铁C与铁心A、B的间隔相
可提高灵敏度系数。
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•3.温度误差及其补偿
•（1） 温度误差
•用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应 变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片 的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。 由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所 造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生 很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称 热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个 主要因素：