应变管式压力传感器
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。
应变式压力传感器的原理
半导体应变片
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优点是尺寸小，灵敏度高，但 非线性严重，需要补偿电路。
应变式压力传感器优点
1.分辨力高，能测出极微小的应变； 2.误差小，一般小于1%。 3. 尺寸小，重量轻。 4.测量范围大，从弹性变形一直可测至塑性变形，最 大可达20%。 5.可测静态力，也可以测交变应力。 6.具备电气测量的一切优点，比如测量结果便于传送、 记录和处理。 7.能在各种严酷的环境中工作。 8.格低廉品种多样，便于选择和大量使用。
4
应变片技术指标
5
应变片的粘贴
1. 准备 ①试件 ②应变计
2. 涂胶 3. 贴片 4. 复查 5. 接线 6. 防护
6
应变片种类
应变片种类
7
丝式应变片 箔式应变片 薄膜式应变片 半导体应变片
丝式应变片
结构简单、价格便宜、蠕变大、易脱胶
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箔式应变片
灵敏度高，散热性好，寿命长
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薄膜式应变片
应变传递性能强，几 乎没有蠕变，具有灵 敏度高，稳定性好
项目五 力的检测
任务三 电子秤压力的检测
应变式压力传感器原理
1
应变效应
R
l
( d )2
2
ρ：电阻率 l：金属丝长度 d：金属丝截面直径
应变效应
导体或半导体材料电阻随着机械变形而发生变化的现象 称为应变效应
R K
R
ε：轴向应变
K：应变片的灵敏度
3
应变片灵敏度
影响灵敏度K因素 1. 材料的几何尺寸，这是金属电阻发生应变效应的原 因； 2. 电阻率， 因为材料中的自由电子的活动能力以及回顾——
1 应变式压力传感器的原理-应变效应 金属丝式应变片
2 应变式压力 箔式应变片 传感器种类 薄膜式应变片 半导体式应变片
应变式传感器ppt
UK 1 2 3 4 U0 4
上式表明：
① ΔRi<< R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 ② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出 电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为 两者之和。 ③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为 两者之差。 ④ 电桥供电电压U越高，输出电压U0越大。但是，当U大时，电阻 应变片通过的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工 作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。 ⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。
RT RT RT R0T R0 K 0 ( g s )T
相应的虚假应变量为
RT / R0 T T ( g s )T K0 K0
温度补偿
单丝自补偿法
自补偿法 温度补偿
组合式自补偿法 线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻〕
① 电桥补偿法：补偿片法
电阻值大
（一）灵敏系数
k
R / R
电阻应变片的灵敏系数k < 电阻丝的灵敏系数k0
原因：
粘结层传递变形失真
还存在有横向效应
（二）横向效应
敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变εx，电阻 圆弧段：沿轴向压应度εy 电阻 εy εx K (箔式应变片)
εy
横向效应
应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了
k R / R
（三）温度误差及其补偿
2、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境 温度变化△T 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ， 则引起的电阻相对变化为
RT RT R0 R0 T
应变式传感器的分类
应变式传感器的分类
应变式传感器是一种常见的物理量传感器，可以通过测量应变来检测各种物理量，如力、压力、重量等。
根据不同的分类标准，应变式传感器有多种分类方式：
1. 根据用途分类：应变式传感器可以用于测量力、压力、重量等物理量，因此可以根据其用途分为测力传感器、称重传感器、压力传感器等。
2. 根据结构形式分类：应变式传感器可以根据其结构形式分为平膜片式、平行梁式、柱式、桥式、悬臂梁式、双梁式、轮辐式、压力环式、板环式等。
3. 根据敏感元件分类：应变式传感器主要由敏感元件和转换元件组成，因此也可以根据敏感元件的材料和结构分为金属电阻应变片和半导体应变片。
4. 根据测量范围分类：应变式传感器可以用于测量各种物理量，其测量范围也各不相同，因此可以根据测量范围分为微应变传感器和大量程传感器。
5. 根据输出信号分类：应变式传感器可以根据其输出信号的类型分为模拟输出和数字输出两种类型。
总之，应变式传感器的分类方式多种多样，可以根据不同的需求和标准进行选择。
应变式压力传感器的三大分类是什么？
应变式压力传感器是压力传感器中应用比较多的一种传感器，它一般用于测量较大的压力，广泛应用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力，以及各种领域中的流体压力等，应变式压力传感器我们主要分为筒式压力传感器、膜片式压力传感器、应变式加速度传感器三种。
筒式压力传感器的弹式元件，一端盲孔，另一端通关法兰与被测系统连接。
在薄壁上贴有两个应变计，作为工作片；实心部分贴有两片应变计，作为温度补偿片。
当圆筒部分没有压力作用时，四个应变片组成的全桥是平衡的；当压力作用时，圆筒形变，电桥失去平衡。
通过输出电压的变化测量压力。
膜片式压力传感器的弹性元件为一周边固定的圆形金属膜片，如能确定应变片受应力最大区域，则把应变片贴在相应区域可获得最大灵敏度。
而加速度是运动参数，应先经过质量弹簧的惯性系统将加速度转换为力，再作用于弹性敏感元件。
这三种应变式压力传感器各有各的优点，在选购的时候我们可以根据自己的要求选择适合自己的压力传感器。
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应变式压力传感器工作原理
应变式压力传感器工作原理
应变式压力传感器是一种将物理量转换为电信号输出的传感器。
它的工作原理是利用应变效应，将物体在受力后产生的应变转换为电信号输出。
应变效应是指物体在受力后发生微小的形变，这种形变随着力的大小和方向的变化而变化。
应变式压力传感器利用这种应变效应来实现压力的测量。
具体而言，应变式压力传感器通常由一个弹性体和一些电阻片组成。
当弹性体受到压力时，会发生微小的应变，使得电阻片的电阻值发生变化。
这种变化可以通过电路进行测量，并转换为电信号输出，从而实现压力的测量。
这里需要注意的是，弹性体的形状和材料都会对传感器的灵敏度和精度产生影响。
因此，设计和选择弹性体时需要考虑实际应用的要求，以达到较好的测量效果。
应变式压力传感器还需要进行校准，以保证测量结果的准确性。
校准的方法通常是在已知压力下进行比较测量，然后根据测量结果进行调整。
应变式压力传感器是一种常用的压力传感器，可以实现高精度的压力测量。
它的工作原理是利用应变效应，将物体在受力后产生的微
小应变转换为电信号输出。
在实际应用中，需要根据要求进行弹性体的选择和设计，并进行校准以保证测量结果的准确性。
压力传感器原理及应用
压力传感器原理及应用压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。
压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。
一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。
压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。
半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。
半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。
它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。
此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。
由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。
但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变—电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。
霍尔式压力传感器与应变式压力传感器
下图所示的金属电阻丝，在其未受力时，假设其初始电阻 值为：
R ρ A
ρ为 电阻丝的电阻率； l 为 电阻丝的长度； A为电阻丝的截面积。
当电阻丝受到轴向的拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积 相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而 改变了Δρ，从而引起的电阻值相对变化量为:
一、霍尔效应与霍尔元件
根据物理学原理，在磁场中运动的带电粒子必然要受 到力的作用。
设有一个N型(硅)半导体薄片，在Z轴 方向施加一个磁感应强度为B的磁场， 在其y轴方向通入电流I，此时N型(硅) 半导体薄片内有带电粒子沿y轴方向 运动，如图所示。于是带电粒子将受 到洛仑兹力F的作用而偏离其运动轨 迹，电子的运动轨迹朝X轴负方向偏 转,如图虚线所示。造成霍尔片左端 面产生电子过剩呈负电位，而右端面 则相应地显示出正电位。因而在霍尔 片的x轴方向形成了电场，该电场力 与洛仑兹力方向相反,随着电子积累 越多，电场力也越大，电场力与洛仑 兹力相等时，电子积累达到动态平衡， 这时X方向的电位差就称为“霍尔电 势”VH。这一物理现象称为“霍尔效
3 霍尔式压力传感器的使用
传感器应垂直安装在机械振动尽可能小的场所， 且倾斜度要小。当环境介质易结晶或粘度较大 时，应加装隔离器。通常情况下，以使用在测 量上限值1/2左右为宜，且瞬间超负荷应不大 于测量上限的二倍。由于霍尔片对温度变化比 较敏感，当使用环境温度偏离仪表规定的使用 温度时要考虑温度附加误差，要采取恒温措施 (或温度补偿措施)。此外还应保证直流稳压电 源具有恒流特性，以保证电流的恒定。
二、压阻式压力传感器
1. 传感器原理 2. 硅压阻式传感器
混凝土压力传感器规格型号
混凝土压力传感器规格型号一、前言混凝土压力传感器被广泛应用于工程结构的监测和控制中，其在测量混凝土结构的变形和应力方面具有重要的作用。
为了满足各种工程的要求，混凝土压力传感器需要具有一定的规格型号。
本文将详细介绍混凝土压力传感器的规格型号。
二、传感器类型根据混凝土压力传感器的测量原理和安装方式，可以将其分为以下几种类型：1. 应变式混凝土压力传感器：该传感器利用应变计测量混凝土中的应变，通过计算获得混凝土中的压力。
这种传感器具有精度高、响应迅速、可靠性好的特点。
但是，其安装较为复杂，需要进行精细的调整和校准。
2. 压阻式混凝土压力传感器：该传感器利用压敏电阻测量混凝土中的压力，通过计算获得混凝土中的应变。
这种传感器具有结构简单、安装方便、使用寿命长的优点。
但是，其精度相对较低。
3. 振动式混凝土压力传感器：该传感器利用共振频率与压力成正比的原理，通过振动传感器的共振频率变化来测量混凝土中的压力。
这种传感器具有响应速度快、可靠性高、使用寿命长的特点。
但是，其精度相对较低。
三、规格型号根据不同类型的混凝土压力传感器的使用要求和应用场景，其规格型号也会有所不同。
下面将详细介绍不同类型的混凝土压力传感器的规格型号。
1. 应变式混凝土压力传感器（1）型号：STB-1（2）测量范围：0～10MPa（3）精度：±0.1%FS（4）输出信号：4～20mA、0～5V、0～10V、RS485（5）防护等级：IP68（6）工作温度：-20℃～+80℃（7）安装方式：法兰式、螺纹式、嵌入式（8）应用场景：适用于混凝土结构的变形监测、压力监测等场景。
2. 压阻式混凝土压力传感器（1）型号：STP-2（2）测量范围：0～5MPa（3）精度：±0.5%FS（4）输出信号：4～20mA、0～5V、0～10V、RS485（5）防护等级：IP67（6）工作温度：-10℃～+70℃（7）安装方式：法兰式、螺纹式、嵌入式（8）应用场景：适用于混凝土结构的压力监测、水下设备的压力监测等场景。
应变式压力传感器
应变式压力传感器
应变式压力传感器是一种常用于工程和科学领域的传感器，其原理是利用材料
在受力作用下发生形变的特性来检测压力。
这种传感器对于测量各种物体的压力具有广泛的应用，比如在汽车制造中用于监测轮胎压力、在医疗设备中用于监测生理信号等。
工作原理
应变式压力传感器通常由弹性材料制成，当物体受到压力作用时，传感器的形
状会发生微小的变化，其电阻值也会随之改变。
这种电阻值的变化可以通过电路进行测量和记录，从而得到受力物体的压力值。
应用领域
应变式压力传感器在工业控制、医疗设备、航空航天等领域都有广泛的应用。
在工业控制中，它可以用于检测流体管道的压力，帮助进行流体控制和监测。
在医疗设备中，应变式压力传感器可用于测量心跳、血压等生理信号，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
在航空航天领域，这种传感器可用于飞行器和宇航设备的压力监测，确保设备安全运行。
优点与局限
应变式压力传感器具有结构简单、成本低廉、灵敏度高的优点，但也存在一些
局限性。
例如，受限于弹性材料的特性，这种传感器的工作范围和耐久性可能受到一定的限制，需要根据具体的应用场景选择合适的传感器类型。
综上所述，应变式压力传感器作为一种常用的传感器类型，在工程和科学领域
具有重要的应用意义，其基本原理、应用领域和优缺点都值得我们深入了解和研究。
通过不断提升传感器技术水平，可以进一步拓展其在各个领域的应用，为现代科技发展提供更多可能性。
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传感器课程设计
说明书
设计题目：应变管式测压传感器
专业：电子工程系测控技术与仪器学号
设计者
指导教师：孟立凡
完成时间：2013年5月
学校名称：中北大学
一． 设计任务书
1.设计题目： 设计一个应变式测压传感器
2.设计目的：1)通过课程设计，综合运用传感器的基本原理和一修课程的
理论与相关知识、掌握课程设计的一般规律。
培养运用所学知
识解决实际问题的能力、把实际问题联系到所学相关课程上
来。
2)通过课程设计培养空间想象能力培养良好的遇到问题自己
查找相关资料来解决问题的科学研究习惯，学会使用规范的
学科语言进行表述。
3)培养严谨的工作作风。
3.原始数据：
〈1〉、满量程压力 200kg.f/cm 2(20Mpa ))
〈2〉、最大应变 1000-1500με
〈3〉、连接用螺纹 M16×1.5
〈4〉、最大外径 Φ24mm
〈5〉、应变管固有频率在10KHz 以上
〈6〉、供桥电压 3V
4.设计要求: 1)传感器转配图一张（A3纸）
2)零件图三张 （A3纸）
3)设计说明书一份。
二、设计内容：
1．方案论证结构选择
结合所学的波比圆筒式应变压力传感器、可选择此结构、该传感器主
要用来测量液体压力，当被侧压力P 进入应变管内时，是桶发生变形、考
虑到产品实际应用及应变管的安全性和准确性，应设计一个套筒和被测液
体连接的螺纹。
2．应变管的设计与计算
(1) 材料选择
根据原始数据分析选择：Qbe2 E= 1.31×105Mpa σb =1250 Mpa
安全系数 n=5 许用应力: [σ]=250 Mpa 材料密度:ρ=8.23g/cm 3
(2)应变管设计
根据所给技术要求及薄壁圆筒的理论，
设计应变管的相关数据如下
h=0.6， d0=9 ， d1=10.2，
L1=8, h1=7, L2=7,
Lw=9, L3+Lm=7
① 环向应力 h
pd x 20=σ=150Mpa
② 轴向应力 h
pd t 40=σ=75Mpa
③ 合成应力
[]σσσσ≤+=22max x y =167.7Mpa<[σ]=250Mpa
④ 大应变值
E σε≈=
65101031.17.167⨯⨯με=1280με （1000με<1280με<1500με）
⑤ 有效工作长度 g w L h
d L )5.1~2.1(25.20+==7.71～8.61
取Lw=9 Lg=3mm 应变片的长度3mm
⑥ 螺纹强度校核 按仪器零件螺纹强度校核连接螺纹的长度
[]47.0250
6.05.175.0164/16204/22=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯≥ππτππμb D D P 取4μ=
⑦ 应变管固有频率 KHZ HZ P E L f 101364823
.831.13813.013.0>=== (g W L L L L L +++=21）
⑧ 最大输出电压 V K Ux U 6010192012802325.04
1-⨯=⨯⨯⨯==ε 3、套筒的设计
套筒只需满足与传感器保持一定间隙且壁厚做出螺纹即可，可选壁厚
为3mm ，外径为20mm ，内径为14mm ， 长度为34mm ，套筒上孔径为3mm ，
具体见零件图
4、挡板的设计
为减小对结果的影响应使挡板较小，可设计长为15mm ，宽为5mm ，孔
径应略大于螺柱取3.5mm ，厚度为1mm ，具体尺寸见零件图
三、参考资料
《机械设计》 纪名刚 主编 高等教育出版社
《传感器原理及技术》 孟立凡、蓝金辉 主编 国防工业出版社
《机械设计课程设计手册》 吴宗泽、罗圣国 主编 高等教育出版社。