《传感器原理与应用》课程教学课件（讲稿）第二章 电阻式传感器

力敏传感器 力敏传感器就是能对各种力或能转化为力的物理 量产生反应，并能将其转变为电参量的装置或元件。 根据由力转化为电参量的方式不同，力敏传 感器一般有电阻应变式传感器、电容式传感 器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式 传感器、电位计式传感器等

力敏传感器 力敏传感器就是能对各种力或能转化为力的物理 量产生反应，并能将其转变为电参量的装置或元件。 根据由力转化为电参量的方式不同，力敏传 感器一般有电阻应变式传感器、电容式传感 器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式 传感器、电位计式传感器等

力敏传感器 将力学量转换为电学量 的装置称为力敏传感器。 如何测量力？ 力学量 →金属形变→电学量

力敏传感器 将力学量转换为电学量 的装置称为力敏传感器。 力学量 金属形变 电学量 如何测量力？

将“力”转换为 “应变” 力学量 敏感元件 金属应变 (悬臂梁)

悬臂梁 力学量 敏感元件 （悬臂梁） 金属应变 将 “力” 转换为 “应变

受力端 悬臂梁 悬臂梁是一种弹性元 固定端 件，一端固定，另一端受 力。 在力F作用下，悬臂梁 的上、下表面均产生微小 固定端 的形变，称之为“应变”。 金属形变 ？ 电学量

受力端 悬臂梁 固定端 固定端 F 悬臂梁是一种弹性元 件，一端固定，另一端受 力。 在力 F 作用下，悬臂梁 的上、下表面均产生微小 的形变，称之为“应变”。 F 金属形变 ？ 电学量

如何将“应变”转换为电学量 金属应变 转换元件 电学量 (应变片) 利用电阻应变片，将金属的应 变转换成电阻值的变化，从而将 力学量转换成电学量

如何将“应变”转换为电学量 转换元件 （应变片 ） 金属应变 电学量 利用电阻应变片，将金属的应 变转换成电阻值的变化，从而将 力学量转换成电学量

应变和应变效应 应变是指物体形变的比值： e=AL/L 金属或半导体在受到外力作 用产生变形时，其电阻值也 随之变化，这种现象称为 “应变效应”。 电阻应变片根据应变效应制成， 它将物体的应变量转换成电阻变化 量，用来测量微小的机械形变

应变 和 应变效应 • 应变是指物体形变的比值： ε＝ ΔL ／ L • 金属或半导体在受到外力作 用产生变形时，其电阻值也 随之变化，这种现象称为 “应变效应”。 F L ΔL F 电阻应变片根据应变效应制成， 它将物体的应变量转换成电阻变化 量，用来测量微小的机械形变

固定端 应变片 上面两只应变片 受力端 在悬臂梁的两个侧面 各粘贴2片电阻应变片 下面两只应变片 受力方向 保护层 绝缘基片 电阻丝

应变片 电阻丝 保护层 绝缘基片 受力方向 上面两只应变片 下面两只应变片 固定端 受力端 在悬臂梁的两个侧面 各粘贴2片电阻应变片

电阻应变片 电阻应变片分为金属应变片和半导体应变片 两大类。力敏传感器使用的是金属应变片。 当应变片随着悬臂梁产生形变时，金属电 阻丝在外力的作用下被拉伸或压缩，它的长度 L和截面S以及电阻率p均会发生变化。 R=p·L/S 对金属材料而言，主要是导体的L和S发生 改变，而电阻率p的变化相对很小，可以忽 略不计

电阻应变片 电阻应变片分为金属应变片和半导体应变片 两大类。力敏传感器使用的是金属应变片。 当应变片随着悬臂梁产生形变时，金属电 阻丝在外力的作用下被拉伸或压缩，它的长度 L 和截面 S 以及电阻率 ρ 均会发生变化。 R = ρ · L／S 对金属材料而言，主要是导体的 L 和 S 发生 改变，而电阻率 ρ 的变化相对很小，可以忽 略不计

各种应变片 力敏传感器上的应变片

各种应变片 力敏传感器上的应变片

应变片工作原理 金属丝 F 金属丝 拉伸时电阻变大 F 金属丝 F 压缩时电阻变小

应变片工作原理 压缩时电阻变小 F F 金属丝 金属丝 金属丝 F F 拉伸时电阻变大