《传感器原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 电阻式传感器

第二章电阻式传感器 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感 元件电阻值的变化,再经过转换电路变成电信号输出。 F x(力、加速度、荷重等 弹性体 弹性体 应变 应变片 应变片 电阻变化 输出电路 电压

第二章 电阻式传感器 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感 元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出

第一节应变式传感器 目前自动测力或称重中应用最普遍的是应变式传感器, 应变式传感器有下列优点: 1精确度,线性度好,灵敏度高 2滞后和蠕变都较小,寿命高 3容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4结构较简单,体积较小应用灵活 5.工作稳定和保养方便 应变式传感器除可用于测量力参数外,还可用于测量加 速度,振幅等其他物理量

第一节 应变式传感器 目前自动测力或称重中应用最普遍的是应变式传感器， 应变式传感器有下列优点： 1.精确度，线性度好，灵敏度高 2.滞后和蠕变都较小，寿命高 3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4.结构较简单，体积较小应用灵活 5.工作稳定和保养方便 应变式传感器除可用于测量力参数外，还可用于测量加 速度，振幅等其他物理量

应变式传感器是利用金属的电阻应变效应,将被测量转 换为电量输出的一种传感器 、工作原理 (一)金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化 取一根长度为L,截面积为S,电阻率为P的金属丝,未受 力时其电阻R为 △L L (2-1) F

应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将被测量转 换为电量输出的一种传感器。 一、工作原理 （一）金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化。 取一根长度为L，截面积为S，电阻率为 的金属丝，未受 力时其电阻R为  .L R S  = （2 -1）

当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积 相应减小ΔS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改 变△p,故引起电阻值相对变化量为 △R△L△S (2-2) R L SP 式中△L是长度相对变化量,用应变表示 △L (2-3) ΔSS为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即 △S2△r (2-5) S

当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面积 相应减小ΔS, 电阻率将因晶格发生变形等因素而改 变Δρ, 故引起电阻值相对变化量为   +  −  =  S S L L R R 式中ΔL/L是长度相对变化量, 用应变ε表示 L L  = ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量, 即 r r S S  =  2 （2 -2） （2 -3） （2 -5）

由材料力学可知,在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向伸 长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向应变的关系可表示为 (2-5) L 式中—电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。 将式(2-3),式(2-5)代入式(2-2),可得 △R 代≈(1+2)E+ (2-6) 或 △R R =(1+2)+ (2-7)

由材料力学可知, 在弹性范围内, 金属丝受拉力时, 沿轴向伸 长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为  = −  = −  L L r r 式中: μ——电阻丝材料的泊松比, 负号表示应变方向相反。 （2-5） 将式（2 - 3）, 式（2 - 5）代入式（2 - 2）, 可得 或      = + +  (1 2 ) R R （2-6）       = + +  (1 2 ) R R （2-7）

通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电 阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的 电阻相对变化量,其表达式为 K=1+2+ (2-8) △R 因此 R 2-9) 灵敏度系数受两个因素影响: ①受力后材料几何尺寸的变化,即(1+2u) ②受力后材料的电阻率发生的变化,即△p/8

通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电 阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的 电阻相对变化量, 其表达式为 0 K 1 2      = + + （2-8） 0 R k R   = （2-9） 因此 灵敏度系数受两个因素影响: ①受力后材料几何尺寸的变化, 即（1+2μ）; ②受力后材料的电阻率发生的变化, 即Δρ/ ε

(二)应变片的基本结构及测量原理 用应变片测量时,将 其贴在被测对象表面上。 当被测对象受力变形时, 应变片的敏感栅也随同变 覆盖层基片 形,其电阻值发生相应变 化,通过转换电路转换为 电压或电流的变化,这是 用来直接测量应变。 通过弹性敏感元件将 位移、力、力矩、加速度 压力等物理量转换为应变 则可用应变片测量上述各 电阻丝式敏感栅 量,而做成各种应变式传 感器

用应变片测量时，将 其贴在被测对象表面上。 当被测对象受力变形时， 应变片的敏感栅也随同变 形，其电阻值发生相应变 化，通过转换电路转换为 电压或电流的变化，这是 用来直接测量应变。 通过弹性敏感元件将 位移、力、力矩、加速度、 压力等物理量转换为应变， 则可用应变片测量上述各 量，而做成各种应变式传 感器。 (二)应变片的基本结构及测量原理

(1)敏感栅 感受应变,并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式 箔式和薄膜式三种 (2)基底 绝缘及传递应变。测量是应变片的基底提高粘结剂粘在 试件上,要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时 基片绝缘性能要好,否则应变片微小电信号就要漏掉。 由纸薄、胶质膜等制成。 (3)粘结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的粘结

（1）敏感栅 感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。 （2）基底 绝缘及传递应变。测量是应变片的基底提高粘结剂粘在 试件上，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时 基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号就要漏掉。 由纸薄、胶质膜等制成。 （3）粘结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的粘结

(4)覆盖层 保护作用。防湿、蚀、尘。 (5)引线 连接电阻丝与测量电路,输出电参量

（4）覆盖层 保护作用。防湿、蚀、尘。 （5）引线 连接电阻丝与测量电路，输出电参量

二、应变片的类型和材料 (一)应变片的类型和材料 1金属丝式应变片 回线式:横向效应较大 短接式:克服横向效应 金属丝式应变片材料要求

二、应变片的类型和材料 （一）应变片的类型和材料 1.金属丝式应变片 回线式：横向效应较大 短接式：克服横向效应 金属丝式应变片材料要求