应变式传感器原理及应用
电阻应变式传感器的工作原理PPT课件
变时非线性比较严重等缺点。
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二、电阻应变片的材料 对敏感栅的材料的要求：
①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。 对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。 具体材料见P65-66
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3）应变片测试原理 在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变
片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应
变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被
测对象的应变值， 根据应力与应变的关系，得到应力值
σ为
σ=E·ε
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3、横向效应
金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅， 测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化， 其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化 (除了ε起作用外)，应变片的这种既受轴向应变影响， 又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效 应。
R R K S L L 2 n 2 ( n l L 1 )r K S ( n 2 1 L )r K Sr
令
Ky (n21L)rKS Kx2n l2 (nL1)rKS
则
RRKxKyr
可见，敏感栅电阻的相对变化分别是ε和εr作用的结
果。
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当εr=0时，可得轴向灵敏度系数
Kx
一、 电阻应变片的种类
1.丝式应变片 金属丝式应变片有回线式和短接式二种，如图2.3所示。
但回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘 贴，但其应变横向效应较大。
《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
福
建 电
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
实验一--应变式传感器
实验一应变式传感器一、应变片单臂电桥性能实验〔一〕、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
〔二〕、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。
它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得〔1—1〕当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式〔1—1〕全微分得电阻变化率 dR/R为：〔1—2〕式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式〔1—3〕代入式〔1—2〕得：〔1—4〕式〔1—4〕说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变〔几何效应〕和本身特有的导电性能〔压阻效应〕。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取〔1—5〕其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变式传感器工作原理
应变式传感器工作原理
应变式传感器是一种常用的测量和监测物体应变状态的传感器，它能将物体的应变转化为电信号输出。
它的工作原理主要分为以下几个步骤：
1. 将传感器固定在要测量的物体表面上。
当物体受到外力或应变时，物体会发生形变。
2. 形变会导致传感器上的弹性元件（通常为金属片或薄膜）发生应变。
应变会改变这些弹性元件的形状和尺寸。
3. 传感器上连接有应变电桥电路，其中包括若干个电阻，这些电阻的值会随着弹性元件的应变而发生变化。
4. 应变电桥电路会将这些变化转化为电压信号。
当物体受到应变时，电桥电路会产生输出电压信号，其幅度和方向与应变成正比。
5. 最后，将输出电压信号进行放大、滤波等处理，将其转换为可以被测量和记录的物理量值。
总的来说，应变式传感器利用物体受到应变时弹性元件的形变来产生电压信号，从而实现对应变状态的测量和监测。
传感器与检测技术第2章-1_应变式传感器
E 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
EK 4
1
2
3
4
当仅桥臂AB单臂工作时，理想输出电压为
Ug E R E K
4R 4
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电桥分类
B R1=R
A
Ug
R2=R C
R3=R’ R4=R’
E
D
第一对称电桥
2、第一对称电桥
若电桥桥臂两两相等，即R1 =R2=R ， R3=R4=R′ ， 则 称
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2.1数 （二）横向效应 （三）动态特性
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应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下， 于室温下测得的电阻值
• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压， 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大
18
25
设环境引起的构件温度变化为Δt（℃）时，
粘贴在试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系
数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为
R R
1
t t
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由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当
Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为
2t g s t
βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。
金属箔式应变片
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金属薄膜应变片
• 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层，易实现工业化批量生产
• 优点：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
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
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电阻应变式传感器工作原理及应用_刘安
高考 ·学科教育·二○一三年四月83电阻应变式传感器工作原理及应用海南省高级技工学校 刘 安摘 要：电阻应变式传感器是将被测非电量转变成电阻值，通过测量电阻值达到测量非电量的目的。
利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。
电阻应变式传感器是测量这些参数应用最广泛的传感器。
本文主要阐述了电阻应变效应、应变片、电阻应变式传感器的结构及工作原理，并简述了其应用。
关键词：电阻应变效应、应变片、电阻应变式传感器、应用。
随着科学技术的飞速发展，传感器的重要性正日益为人们所认识，国内外都已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。
目前，传感器已应用到日常生活、工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、医学诊断等广泛的领域。
可以说，传感器无处不在。
传感器是能够感受规定的被测量（物理量、化学量、生物量等）并按照一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（即电量）的装置。
而电阻应变式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器，具有灵敏度高、稳定性好等优点，因此在自动检测与控制技术领域里得到了广泛的应用。
一、电阻应变效应导体或半导体材料在受到外力作用下而产生机械形变时，其电阻值也发生相应变化的现象称为电阻应变效应。
电阻应变片的主要工作原理是基于电阻应变效应。
Sl R ρ=对于一根长为l、 截面积为S、 电阻率为ρ的金属电阻丝，其电阻值为：若金属丝在轴向受到应力的作用, 其长度变化Δl, 截面变化ΔS, 电阻率变化Δρ, 而引起电阻变化ΔR。
则可以得到以下结论：当金属电阻丝拉伸时，其电阻值增加；当金属电阻丝被压缩时，电阻值减小。
但电阻值变化的范围很小。
εK RR=∆大量实验证明，具有初始电阻R 的应变片发生应变，使电阻值发生相应的变化ΔR，则在一定的应变范围内，应变片满足式中:RR ∆为电阻变化率;k 为灵敏度系数; ε为应变值。
应变片的灵敏度系数k 主要受两个因素影响：材料的几何尺寸和电阻率。