电阻应变式传感器的工作原理及应用
第2章 电阻应变式传感器
（ 2 2 ）
传感器原理与应用——第二章
电阻相对变化量为：
dR dL d dA R L A
若电阻丝是圆形的， 则A=πr ² 微分 ,对r
（ 3 2 ）
l
2r
2(r-dr)
F
l+ dl
得dA=2πr dr，则：
dA 2rdr dr 2 2 A r r
图2-1 金属丝的应变效应
• 应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量 等参数应用最广泛的传感器。
传感器原理与应用——第二章
2.1 电阻应变片的基本原理 应变式传感器的核心元件是电阻应变片，它可将试件 上的应力变化转换成电阻变化。 2.1.1 应变效应 当导体或半导体在受到外界力的作用而不能产生位移
时，则会产生机械变形（它的几何形状和尺寸将
指 示 应 变 卸载
Δε
εi
加载 机械应变εR 图2-6 应变片的机械滞后
传感器原理与应用——第二章
产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使
敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变
片时，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充
分等。
机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载 时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常 在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机 械滞后所产生的实验误差。
很宽的范围内均为线性关系。
传感器原理与应用——第二章
即:
R
R
K 或
K
R
R
（ 14 2 ）
K为金属应变片的灵敏系数。
测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的
灵敏系数KS。原因主要是胶层传递变形失真及横向效
《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 。
电阻应变式传感器介绍
最低固化条件 室温10小时或
60℃2小时 室温1小时 室温24小时 室温2.5小时 200℃2小时 150℃3小时 150℃1小时 190℃3小时 200℃3小时 280℃2小时 400℃1小时 400℃3小时
固化压力 /104Pa 0.5~1
粘合时指压
0.3~0.5 粘合时指压 粘合时指压
2 1~2 — — 1~3
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等 制成胶膜, 厚度约0.03～0.05mm
3.黏合剂材料
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用 金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方 向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和 敏感栅。
2.3应变片的主要参数
1.应变片电阻值（R0） 电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、350Ω，500Ω和1000Ω 等 多种规格，以120Ω最为常用。 应变片的电阻值越大，允许的工作电压就大，传感器的输出电压 也大，相应地应变片的尺寸也要增大，在条件许可的情况下，应 尽量选用高阻值应变片。
2.绝缘电阻(敏感栅与基底间电阻值: 要求>1010欧姆；
在金属丝的弹性范围内，灵敏系数KS 为常数，即 :
R R
Ks
线性关系
通常很小, 常用10-6表示之。例如, 当 为0.000001时, 在工程中 常表示为1 10-6或 m/m。在应变测量中, 也常将之称为微应变
(με)。对金属材料而言, 当它受力之后所产生的轴向应变最好不要 大于1 10-3, 即1000 m/m, 否则有可能超过材料的极限强度而 导致断裂。
合剂
化环已酮、萘酸钴干料
环氧树脂、聚硫酚铜胺、 固化剂
环氧树脂类 酚醛环氧、无机填料、
电阻应变式力传感器的工作原理
电阻应变式力传感器的工作原理电阻应变式力传感器是一种常用于测量物体受力情况的传感器，通过测量电阻的变化来间接地推断物体所受的力的大小。
在现代工程领域中，电阻应变式力传感器被广泛应用于各种领域，如汽车工业、建筑工程、航空航天等。
本文将详细探讨电阻应变式力传感器的工作原理，以及其在实际应用中的重要性和发展前景。
电阻应变式力传感器的工作原理基于电阻的变化和应变的关系。
当物体受到外力作用时，物体会发生形变，即应变。
而电阻应变片则是利用薄膜电阻的应变性质来实现力的测量。
电阻应变片通常由一个弹性基底和导电材料组成，当外力作用在电阻应变片上时，导电材料会发生微小的拉伸或压缩，从而导致电阻值的改变。
通过测量电阻值的变化，可以准确地计算出物体所受的力的大小。
在电阻应变式力传感器中，常用的传感元件为皮托电桥。
皮托电桥是由四个电阻应变片组成的电桥电路，其中两个电阻应变片受力作用，另外两个电阻应变片则处于不受力状态。
当外力作用于受力电阻应变片时，电桥中各个电阻的电阻值将发生变化，导致电桥的平衡失调。
通过测量电桥的平衡失调量，可以准确地计算出物体所受的力的大小。
在实际应用中，电阻应变式力传感器具有许多优点。
首先，电阻应变式力传感器的结构简单，制造成本低廉。
其次，电阻应变式力传感器具有高灵敏度和线性度，能够准确地测量小到大范围内的力。
此外，电阻应变式力传感器的响应速度快，能够实时监测物体所受的力的变化。
因此，电阻应变式力传感器被广泛应用于各种需要测量力的场合。
在汽车工业中，电阻应变式力传感器常用于测量车辆刹车系统的工作情况。
通过安装在刹车片上的电阻应变式力传感器，可以实时监测刹车片受到的力，从而确保刹车系统的正常工作。
此外，在建筑工程中，电阻应变式力传感器常用于测量建筑结构的受力情况，以确保建筑物的结构安全可靠。
在航空航天领域，电阻应变式力传感器的应用也十分广泛。
例如，在飞机的机翼上安装电阻应变式力传感器，可以实时监测飞机受到的气动力，以及飞机结构的受力情况。
简析电阻应变式传感器电桥测量电路
电阻应变式传感器是一种常用的测量物体受力或变形情况的传感器，通过测量物体的应变来获取所需的物理量。
而电桥测量电路则是用来测量电阻变化的一种常见电路，结合两者可以实现对物体受力或变形情况的准确测量。
一、电阻应变式传感器的基本原理和特点电阻应变式传感器是一种将物理量（如力、压力等）转化为电信号的传感器。
它的基本原理是通过应变片（或称为应变贴片）来感知物体的受力或变形情况，进而将其转化为电阻值的变化。
当物体受到外力作用时，应变片会产生应变，从而导致其电阻值发生变化，通过测量电阻的变化可以间接得到受力或变形的大小。
电阻应变式传感器的特点包括灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低廉等，因此在工业控制和自动化领域得到了广泛的应用。
二、电桥测量电路的基本原理和特点电桥测量电路是一种常见的用于测量电阻变化的电路，它利用电桥平衡原理来测量电阻的变化。
电桥由四个电阻组成，当电桥中的电阻发生变化时，会导致电桥的电平发生变化，通过测量这种变化可以得到电阻的大小。
电桥测量电路的特点包括精度高、稳定性好、适用范围广等，因此被广泛应用于各种电阻测量场合。
三、电阻应变式传感器与电桥测量电路的结合将电阻应变式传感器与电桥测量电路结合起来，可以实现对物体受力或变形情况的准确测量。
具体而言，可以通过将电阻应变式传感器的应变片接入电桥测量电路中来实现对电阻变化的测量，从而间接得到物体受力或变形的大小。
结合两者的特点，可以实现对物体受力或变形情况的高精度、高稳定性测量，适用于各种工业控制和自动化领域。
四、电阻应变式传感器电桥测量电路的优化和应用在实际应用中，为了提高测量的精度和稳定性，可以对电阻应变式传感器电桥测量电路进行优化。
可以根据具体的应用场景选择合适的电阻应变式传感器和电桥测量电路，进行匹配和调试，以实现最佳的测量效果。
电阻应变式传感器电桥测量电路在工业控制和自动化领域有着广泛的应用，例如在机械设备的负载检测、结构件的变形监测、地质勘探等领域都有着重要的作用。
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。
应变式电阻传感器的工作原理
应变式电阻传感器的工作原理引言应变式电阻传感器是一种常用的传感器，广泛应用于测量物体的应变变化。
它的工作原理基于金属电阻的变化，通过测量电阻值的变化来获取物体的应变量。
本文将详细介绍应变式电阻传感器的工作原理及其应用。
一、应变式电阻传感器的结构应变式电阻传感器通常由弹性金属片和电阻片组成。
弹性金属片连接在被测物体上，当被测物体受到外力作用时，会发生形变，进而使弹性金属片产生应变。
应变会导致弹性金属片的长度和宽度发生微小的变化，从而改变金属电阻片的电阻值。
二、应变式电阻传感器的工作原理应变式电阻传感器的工作原理基于金属电阻与应变之间的关系。
当外力作用在被测物体上时，弹性金属片会发生微小的形变，从而引起金属电阻片的几何形状发生改变。
根据金属电阻的材料特性，电阻值随着几何形状的改变而发生变化。
应变式电阻传感器通常采用金属材料，如铜、钢等。
这些金属材料具有较小的电阻温度系数，能够提供稳定的电阻值。
当外力作用于被测物体时，弹性金属片产生应变，导致电阻值的变化。
这种电阻变化可以通过电路进行测量和记录。
三、应变式电阻传感器的应用1. 强度测量：应变式电阻传感器常用于测量材料的强度。
通过将传感器粘贴在被测物体上，当物体受到外力时，传感器测量所产生的应变，从而间接测量物体的强度。
2. 应力测量：应变式电阻传感器可用于测量材料的应力。
应力是单位面积上的力，通过测量物体的应变量，可以计算出物体的应力值。
3. 位移测量：应变式电阻传感器在位移测量中也有广泛应用。
通过将传感器安装在机械结构上，当结构发生位移时，传感器可以测量出位移的大小。
4. 压力测量：应变式电阻传感器可用于测量液体或气体的压力。
将传感器安装在压力容器中，当容器受到压力时，传感器测量所产生的应变，从而计算出压力值。
结论应变式电阻传感器通过测量金属电阻的变化，实现对物体应变量的测量。
其工作原理简单而有效，应用广泛。
无论是强度测量、应力测量、位移测量还是压力测量，应变式电阻传感器都发挥了重要作用。
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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117000）
【摘要】：本文阐述了应变效应、电阻应变式传感器工作原理及其应用。
【关键词】：应变效应；电阻应变式传感器；应用。
在日常生活中，我们大量的使用传感器，例如：电视机的遥控器利用红外光发射接收传感器控制电视；麦克风是一种把声音信号转换成电信号的传感器。
传感器亦称换能器,是利用各种物理、化学及生物效应实现非电量按一定的规律转换成便于处理和传输的电量的装置。
电阻应变式传感器是将压力这个物理量转换成电信号输出的一种传感器，随着加工工艺,粘贴工艺等的技术进步,电阻应变式压力传感器的准确度,可靠性大大提高,在自动检测与控制技术领域里得到了广泛应用。
一、应变效应
导体或半导体材料因受外力作用，电阻值随其机械变形而发生变化的物理现象称之为应变效应。
金属丝电阻R可表达为R＝ρl/A=ρl/пr2.式中ρ为电阻率，l 为电阻丝长度，A为电阻丝横截面积。
当沿电阻丝长度方向施加均匀力时，式中l、ρ、r都将发生变化。
导致电阻值发生变化。
即得到以下结论：当金属丝受外力作用而伸长时长度增加，截面积减小，电阻值增大；当金属丝受外力作用压缩时，长度减小，截面积增加，电阻值减小。
电阻值变化通常较小。
实验证明：电阻应变片的电阻应变εr＝ΔR/R与电阻应变片的纵向应变εx在很大范围内是线性的.即:εr=ΔR/R=kεx式中ΔR/R为电阻应变片的电阻应变，k 为电阻丝的灵敏度，εr为被测件在电阻应变片上产生的应变。
康铜丝是目前应用最广泛的金属丝式应变材料，这是因为它的灵敏度系数稳定，电阻温度系数较小，加工工艺性能好易于焊接，为此国内外多以康铜丝作为金属应变式应变片材料。
二、电阻应变式传感器的工作原理
传感器一般由敏感元件,传感元件和测量电路3部分组成,以电阻应变计为转换元件的电阻应变式传感器,主要由弹性元件、粘贴于其上的电阻应变片、输出电信号的电桥电路及补偿电路构成。
其中感受被测物理量的弹性元件是其关键部分,结构形式有多样,旨在提高感受被测物理量的灵敏性和稳定性。
电阻应变式传感器工作原理是：由于被测物理量(如载荷,位移,压力等)能够在弹性元件上产生弹性变形(应变),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,这样电阻应变式传感器就将被测物理量的变化转换成电信号的变化量,再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。
通过测量此电量值达到测量非电量值的目的。
三、电阻应变式传感器的应用
在工程结构的强度分析中,了解和掌握力,力矩,位移,速度,加速度以及流体的压力等物理量的大小及其变化规律是十分重要的,而这些数据的获取常常是通过工程测量,应用较为普遍的是电测法.
1、测力传感器
测力传感器根据测量的对象不同,习惯上又称为力传感器,载荷传感器,荷重传感器等。
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一种,其弹性元件有圆轴,杆和板等多种形式.圆轴式扭矩传感器的弹性元件感受扭转变形.杆和板式扭矩传感器是将扭转变形转为弯曲变形,其弹性元件感受弯曲变形。
3、压力传感器
工程测试中的压力测量,主要是指测量液体或气体在单位面积上作用的压力,即液体或气体的压强。
所以习惯上说的压力传感器,实际上是压强传感器.它不仅可以测量气体和流体的压力,还可以用来制造测量高度、密度、速度等仪表。
压力传感器按其结构形式可以分为膜片式、圆筒式和组合式等几种。
4、位移传感器
电阻应变式位移传感器与测力传感器的原理相同,但要求不同。
位移传感器弹性元件的要求是刚度小,弹性元件变形时,将对被测构件形成一个反力,影响被测构件的位移数值。
位移传感器中与弹性元件相连接的触点直接感受被测的位移,从而引起弹性元件的变形.为了保证测量精度,触点的位移与应变计感受的应变之间应保持线性关系。
位移传感器的弹性元件可以采用不同的形式,常用的是梁式和弹簧组合式。
5、加速度传感器
(下转第133页)
(上接第159页)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!电阻应变式加速度传感器通常由质量块,弹性元件和基座组成。
测量时,将基座固定在被测对象上,当被测物体以加速度a 运动时,质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力,该惯性力使弹性元件产生变形，此时,安装在弹性元件上的应变计将感受粘贴处的应变,如果把应变计组成电桥则有电压输出。
如今,信息处理技术,微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用,都需要在传感器的开发方面有相应的进展.非电物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶
金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。
参考文献：
[1]于彤《传感器原理及应用》机械工业出版社2010[2]刘灿军《实用传感器》国防工业出版社2004
[3]刘伟《传感器原理及实用技术》电子工业出版社2009年[4]中学物理教学参考2005年
惯的。
例如句子“中国矿业大学的人”，采用正向最大匹配算法时，其切分结果为“中国矿业大学/的人”。
4.2基于词库的正向最大匹配算法的改进
（1）正向最大匹配算法的设计
从图3可以看出：正向最大匹配是在已经匹配到state=1的词时，继续向Trie 树下遍历有限深度（其深度由参数给出）。
如果此时落在state=0的Trie 树结点上，向上回溯直到state=1，将词输出。
如果直接落在state=1结点，那么直接输出此词。
其继续遍历深度=5，当遍历到state=1的“州”字时，继续向下遍历5次，到“大”字，因其state=0，回溯到“国”字，输出“徐州中国”，其直接限制是受到参数遍历深度的限制。
那有的朋友可能会说，把参数改大不就解决问题了。
不过这样就引入了效率问题，很多词只需要向下遍历2，3次就可以最大化匹配。
（2）改进后的正向最大匹配算法
图4是经过改进后的正向匹配，解决了上述的问题。
图4中，其继续遍历深度同样也为5但是当回溯到词“徐州中国”时，以“国”字结点继续遍历，直到其下面5个结点的state 都为0时结束，很明显，这是一个递归的过程。
（3）改进前后算法的比较
正向最大匹配算法的改进前后主要是结束条件的差别。
其中，改进前，结束条件是一定要遍历到下一个State=1或者规定的最大遍历深度。
而改进后，结束条件得到了一定优化，减小了遍历的深度。
从而减轻了算法的负担，提高了效率。
这样，就达到了改进此算法的目的，有效的降低内存消耗。
5、结束语
本文中建立的全文检索系统是一个对于各种文档为用户提供信息搜索服务，文档不限格式，可以适应多种格式文档的录入，创建索引，从而为用户提供更多，更好的信息。
在参阅了相关文档的基础上，本文进行了在Lucene 的基础上功能扩展，开发出实用的全文检索系统模型开始进一步的研究。
参考文献:
[1]赖茂生等编著．计算机情报检索[M]．北京：北京大学出版社，1998.2
[2]周登朋、谢康林.Lucene 搜索引擎[J].计算机工程，2007,33（18）：95-97
[3]周宁、谷宏群.基于Lucene_XML 的全文检索机制研究[J].图书情报知识，2005.6,105期
[4]赵汀、孟祥武.基于LUCENEAPI 的中文全文数据库设计与实现[J].计算机工程与应用，2003,12:179-181
图3
一般正向匹配算法
图4
改进后的正向匹配算法。