电阻应变式称重传感器原理
电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器，也被称为应变计，是一种常用的力、压力、应变等物理量测量的传感器。
其工作原理基于电阻在物体受力或受压变形过程中产生的应变效应，通过测量电阻值的变化来获得被测物理量的大小。
电阻应变式传感器的核心是电阻应变片。
电阻应变片是一种金属或半导体材料制成的薄片，具有良好的弹性和导电性能。
当被监测的物体受到外界力或压力作用时，电阻应变片发生形变，导致其长度、宽度和厚度的变化，从而引起导体横截面内电阻的变化。
根据应变片的布置方式，电阻应变式传感器可以分为单元式和桥式两种类型。
单元式电阻应变式传感器由一个单独的应变片组成。
该传感器在应变片上通过导线连接一个外部电路，通过测量电阻值的变化来间接反映物体受力或受压的大小。
当外界力或压力作用于物体，应变片发生形变，其电阻值变化，从而引起电路中的电压或电流变化。
通过测量电压或电流的变化，可以计算出物体所受力或受压的大小。
桥式电阻应变式传感器采用四个相互连接的应变片来组成一个电阻应变式桥。
四个应变片分为两个对称组，每个组内的应变片两两布置在物体上。
通过选择不同的应变片材料和布置方式，可以使得一组应变片在被测物体拉伸变形时电阻值增加，另一组应变片在被测物体压缩变形时电阻值增加。
这样，当物体受到外界力或压力作用时，会引起电阻值的变化，从而导致电桥的不平衡。
利用电桥供电电压一定的特性，可以通过测量电桥的输出信号来计算被测物体的力或压力大小。
为了提高传感器的灵敏度和准确度，通常会对应变片进行补偿和校准。
补偿方法主要包括温度补偿和应变片的附加电路设计。
温度补偿可通过在应变片上安装温度传感器来实现，以消除温度变化对测量结果的影响。
应变片的附加电路设计可通过配备稳压电源和电桥调零电路来提高传感器的准确度。
电阻应变式传感器具有结构简单、响应速度快、可进行在线测量等优点。
它广泛应用于测力仪器、压力传感器、称重仪器、位移测量仪器等各个领域。
然而，电阻应变式传感器也存在不足之处，如对温度敏感、易受外界干扰等问题，需要在实际应用中进行合理的设计和使用，以确保测量结果的准确性和可靠性。
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
称重传感器的原理及应用
称重传感器的原理及应用1.压阻式原理压阻式称重传感器是最简单、最常见的一种称重传感器，它基于材料的电阻值与受力大小成正比关系。
在压阻式称重传感器中，传感器材料内部有一个弹性薄膜，当物体施加力后，薄膜产生变形，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以推算出物体的重量。
2.应变电阻式原理应变电阻式称重传感器基于材料的应变与受力大小成正比关系。
在应变电阻片上有一个电阻片电桥，当物体施加力后，应变电阻片产生应变，从而导致电桥产生电阻的变化。
使用一个称重传感器时，当物体施加在传感器上时，电桥电阻会发生改变，通过测量电阻值的变化，可以计算出物体的重量。
3.电磁式原理电磁式称重传感器基于洛伦兹力原理。
当物体施加在传感器上时，它会改变传感器内部的电流分布，从而使得电磁感应力发生变化。
通过测量电磁感应力的变化，可以推断出物体的重量。
4.电容式原理电容式称重传感器基于电容值与物体间隙大小成反比关系。
在电容式称重传感器中，传感器内部有两块电容板，当物体施加力后，两块电容板之间的间隙发生变化，从而导致电容值的变化。
通过测量电容值的变化，可以计算出物体的重量。
除了以上的原理，还有其他一些新型的称重传感器技术，如声波称重、振动称重等。
称重传感器在工业中的应用非常广泛，例如在电子秤、汽车称重系统、电子配料秤、自动化生产线中的物体检测、控制等方面。
此外，医疗领域也使用称重传感器来测量患者的体重、服用药物的剂量等。
在农业领域，称重传感器被应用在农作物、饲料、鱼虾等的称重中，帮助农民掌握产品的重量和质量情况，以便进行适当的加工和销售。
另外，称重传感器还被用于交通领域中的过磅站和重量限制检测。
总之，称重传感器是一种非常重要的传感器设备，它通过转换物体重力作用为电信号，实现了对物体质量或重量的测量。
它的应用领域广泛，可以帮助人们实现精确、高效的称重操作。
电阻应变式称重传感器的原理和补偿
●输入电阻标准化调整
Ni Rc
Us-
T Kc
Ni T Ko
Um-
Ra
Ra = output resist. adjustm.
Re = input resist. adj ustm.
So = Zero adjustment
Rc = Span adjustment
T Kc
Tko = Temp. adjustm. zero
实际的补偿电路
为电桥电路各项参数对称， 提高抗干扰能力，应温度灵敏度 补偿，灵敏度标准化调整和输出 电阻标准化调整的补偿电阻分成 相等的两部分，对称的串接在供 桥回路和输出回路上。
完整的传感器补偿与调整电路
Us+
Rc Ni
Re
T Kc
Um+
Ra
So
3 *
Us-
Ni Rc
Ni T Ko
Um-
Ra
Ra = output resist. adjustm.
思路：温度变化使E/Ui保持不变-灵敏度S就可以保持不变；
方法：在电桥的供桥回路中串接补偿电阻RM，当温度升高， RM 随之变大，分压作用变大，供桥电压减小。
Uo∝Ui/E (Ui为实际供桥电压)
T E S Ui S
Ui E
不变，则灵敏度S 不变
温度灵敏度补偿电阻的计算
RMMG 2 (aL 2aE LE)R
的标准值时，输出回路上并联调整电阻R0；
补偿电阻：
R0最好使用高精度、高稳定度、低 温度系数的环氧压膜封装型金属膜电 阻。
6.输入电阻标准化调整
方法：在电桥的供桥回路上并联一个输入电阻标准化 调整电阻Ri。
Ri
RFGRB RFG RB
第07单元 电阻应变式传感器应用——称重实验
砝码产生的实际电压变化值:
（3）观察场景模拟实验界面情况 （4）更换砝码
片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
（1）电子应变片的结构
金属丝式应变片的结构包括： 1）基底 2）敏感栅 3）盖层 4）引线
（2）电阻的应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻
值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生 变化的现象，称为金属电阻的应变效应。应变效应 图如下
原始电阻为:
⑦J2接口，测量直流电桥平衡电路输出的负端电压，即 AD623负端输入（2脚）电压；
⑧接地GND接口J4；
⑨信号AD值接口接口J3，测试经信号放大模块放大后电路 输出的电压，该电压由AD623（6脚）输出，经R3和R7分 压后采集R7的电压；
信号放大电路:
输出电压经过分压后作为A/D转换器的输入模拟电 压，即模块中信号AD值对地电压，它的为：
直流电桥电路图：
交流电桥电路：
（1）直流电桥工作原理 输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为：
（2）电阻应变片的测量电桥 电阻应变式传感器的测量直流电桥电路：
受到拉应变，电路输出电压为：
假设一只受拉，一只受压，且受力相等，使得应变 片的电阻变化大小也相等，即，电路的输出电压为：
（3）应变片直流全桥电路 将4只应变片接入电桥，且差动工作，电路构成四臂 直流电桥。当电桥四个臂的电阻发生改变而产生增 量时，假定和臂受到拉应变，和臂受到压应变，此 时若四臂电阻变化相等，即,则输出电压为：
信号放大的放大系数为：
（2）称重传感模块场景模拟界面认识
任务一 实验目的 任务二 实验原理 任务三 实验步骤
1. 启动称重传感模块 称重传感模块工作实图如图
（1）将NEWLab实验硬件平台通电并与电脑连接。
电阻应变片称重传感器工作原理
电阻应变片称重传感器工作原理电阻应变片称重传感器工作原理解析1. 什么是电阻应变片称重传感器？电阻应变片称重传感器是一种常用于测量物体重量或受力情况的传感器。
它利用电阻应变片的特性来实现力的测量，并将其转换为电信号输出。
2. 电阻应变片的基本原理电阻应变片，简称应变片，是一种金属片或薄膜，其阻值随着受力情况发生变化。
当物体受到外力作用时，应变片会发生弯曲或扭转，从而导致其电阻值发生变化。
3. 应变片与电桥电路的结合为了精确测量应变片的电阻值变化，常将其与电桥电路结合使用。
电桥电路由四个电阻元件组成，一般为电阻应变片和三个精确的固定电阻。
无激励电桥电路在无激励电桥电路中，电桥两端施加相同的电压，应变片作为一个变阻器插入电桥电路，根据其受力情况引起的电阻值变化，电桥会产生一个微小的输出电压。
通过测量这个输出电压的大小，可以推算出物体所受的力或重量。
有激励电桥电路有激励电桥电路则在无激励电桥电路的基础上添加了一个激励电源。
激励电源为电桥施加一个恒定的电压，使得电桥处于工作状态，提高了灵敏度和测量精度。
4. 使用电阻应变片称重传感器的注意事项•选用合适的电阻应变片，根据具体应用需求选择金属片或薄膜。
•搭配适宜的电桥电路，根据实际测量要求选用无激励或有激励电桥电路。
•注意电阻应变片的安装方式和位置，确保准确测量力或重量。
•防止电阻应变片的过载和机械损坏，避免影响传感器的工作性能。
结论通过电阻应变片与电桥电路的结合，电阻应变片称重传感器能够准确地测量物体的重量或受力情况。
这种传感器具有简单、可靠的特点，被广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输等领域。
了解其工作原理和使用注意事项，能够更好地应用电阻应变片称重传感器进行实际生产和测量工作。
5. 电阻应变片的灵敏度和线性度在使用电阻应变片称重传感器时，我们需要关注其灵敏度和线性度。
灵敏度是指传感器输出信号对于输入信号变化的反应程度。
对于电阻应变片称重传感器来说，灵敏度可以通过应变片的量程值来表示。
电阻应变式称重传感器的工作原理
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电阻应变式称重传感器的设计
电阻应变式称重传感器的设计《自动检测技术及仪表》课程设计题目:电阻应变式称重传感器的设计学院:专业:年级:姓名:学号:目录摘要 (2)一、称重传感器 (2)1、简介 (2)2、种类 (3)二、电阻应变式称重传感器及其设计 (3)1、电阻应变式称重传感器简介及工作原理 (3)2、传感器的设计概述 (5)3、设计传感器的工作原理 (6)4、传感器弹性元件结构 (7)5、传感器测量电路 (8)6、传感器的特性 (9)7、称重传感器常用技术参数 (11)8、传感器设计相关参数选择 (13)9、应用技术及应用领域 (16)三、总结 (17)四、参考资料 (17)1摘要称重传感器是电子衡器的核心部件，随着称重传感器技术不断发展和应用领域不断扩大，传感器越来越为人们所关注。
本文通过对传感器工作原理、分类及应用等的分析，介绍了一种基于双孔梁称重的电阻应变式传感器。
它可称量被试木材在某一时刻的重量，以计算该试材在该时刻的含水率。
该方法的准确度和稳定性不受木材材性影响，且与木材含水率不均性无关。
一、称重传感器1、简介称重传感器是知识密集、技术密集和技巧密集型的高技术产品。
研制和生产所涉及的内容多、离散大，技术密集程度高，边缘学科色彩浓，是多种学科相互交叉、相互渗透的结晶。
称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。
用传感器先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用称重传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。
在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。
随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重2量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器。
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电阻应变式称重传感器原理
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。
下面就这三方面简要论述。
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。
他的一个重要参数是灵敏系数K。
我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。
当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：
R = ρL/S（Ω）（2—1）
当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。
设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。
此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。
我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S （2—3）
另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs =2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
从材料力学我们知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。
μ是表示材料横向效应泊松系数。
把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２--７）
式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在
1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。
这样，式（２--６）常写作：
ΔR/R = Kε (2—8)
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。
它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。
以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。
主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。
下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3）（2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。
因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
称重传感器的选择：
TR系列
TR 系列（GEFRAN）称重传感器用于测量在机械引导滚筒上的上经常用来缠绕用的张力塑料膜或胶带的张力。
它可以安装在机械底盘上的固定和传送轴上，它对末端轴所起到的作用是一个压力敏感元件和负载的功能。
它可以用于固定和旋转两种轴上。
TR 系列传感器可与固定的，4 M6 螺纹或中心螺纹是与M10或M12 的适配法兰一起供货。
主要特征：
测量范围为从 100N 到 2KN
精度等级：0.5%
抗腐蚀
内部形成的校准信号
最小灵敏度轴线方向是从固定孔开始的35 度。
保护等级：IP65（DIN40050）
形成过载保护
TC系列
TC 系列负载单元是张力测量传感器，它常用于静态测量和动态测量，压缩形式，具有较好的精度。
它的机械部分是由一整块的金属部分组成，所以这个基本的测量元件和它的外壳部分没有焊接过程，从而使尺寸更小，并且加强了保护等级，这种点部测量的结构，具有8 个张力测量，减少因负载的不完善的应用带来的误差。
并联的称重元件的典型应用是：贮藏箱、加料斗、大的称重平台。
不锈钢结构适合于石油化学和化学工业中攻击性环境的应用。
主要特征：
测量范围为从 100 到 20.000Kg
称重传感器
精度等级：0.2%
全部不锈钢结构
抗腐蚀
内部形成的校准信号
保护等级：IP67（DIN40050）
TU系列
TU 系列负载单元是张力测量传感器，它常用于静态测量和动态测量，压缩形式，具有较好的精度。
所有变送器的每个负载单元质块（Kg）经过校准。
TU 系列准负载从50Kg 到1 吨的均可供货。
这种型号具有IP67 的保护等级，所以它可以用来使用到一些具有危险的化学工业中，它的机械部分是由一整块的金属部分组成，所以没有焊接过程。
这意味着它可以高度防止机械冲击和振动。
这种致密的尺寸意味着这些单元可以使它放置在难于进入和空间较小的位置。
主要特征：
测量范围为从 50 到 1000Kg
精度等级：0.2%
全部不锈钢结构
抗腐蚀
保护等级：IP67（DIN40050）
压缩尺寸
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