常用的傳感器概述電阻式

1、1測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第二章第二章 常用的傳感器常用的傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院2第二章第二章 常用的傳感器常用的傳感器測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱技術(shù)信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù)大腦大腦 神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)五官五官 被譽(yù)稱為被譽(yù)稱為“電電五官五官”, ,是人類是人類五官的補(bǔ)充和五官的補(bǔ)充和擴(kuò)展擴(kuò)展是現(xiàn)代測(cè)試技是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的重要基礎(chǔ)術(shù)的重要基礎(chǔ)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院3 傳感器傳感器在檢測(cè)系統(tǒng)中處于前端，它的性能如何將直在檢測(cè)系統(tǒng)中處于前端，它的性能如何將直接影響整個(gè)

2、系統(tǒng)的工作狀態(tài)與質(zhì)量。傳感器在信息社接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)與質(zhì)量。傳感器在信息社會(huì)中的作用非同一般。會(huì)中的作用非同一般。被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象傳感器傳感器信號(hào)信號(hào)調(diào)理調(diào)理顯示記顯示記錄裝置錄裝置華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院4本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1、 了解常用傳感器的分類方法了解常用傳感器的分類方法2、 掌握常用傳感器的變換原理掌握常用傳感器的變換原理3、了解常用傳感器的主要特點(diǎn)及應(yīng)用、了解常用傳感器的主要特點(diǎn)及應(yīng)用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院5第三章第三章 常用傳感器常用傳感器1. 1. 傳感器定義傳感器定義 傳感器（傳感器（Sensor/Transducer）是借

3、助于檢測(cè)元件接收一是借助于檢測(cè)元件接收一種形式的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成種形式的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。另一種信息的裝置。 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置號(hào)的裝置。物理量物理量電量電量第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述傳感器傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院62. 2. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 傳感器一般由傳感器一般由敏感元件敏感元件與與轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成。組成。被測(cè)信息被測(cè)信息

4、敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源輔助電源信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路輸出信息輸出信息敏感元件敏感元件(Sensing element) 是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙皇侵競(jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分測(cè)量的部分轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件(Transition element) 是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性侵競(jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。第三章第三章 常用傳感器常用傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院7應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 壓壓 力力 作作 用用 膜片形變（應(yīng)變）膜片形變

5、（應(yīng)變） 應(yīng)變片電阻改變應(yīng)變片電阻改變 第三章第三章 常用傳感器常用傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院83. 3. 傳感器的分類傳感器的分類(1)(1)按被測(cè)物理量分類按被測(cè)物理量分類: :(2)(2)按工作原理分類按工作原理分類: :(3)(3)按信號(hào)變換特征按信號(hào)變換特征: :(4)(4)按被測(cè)量與輸出電量之間的關(guān)系按被測(cè)量與輸出電量之間的關(guān)系: :(5)(5)按輸出信號(hào)分按輸出信號(hào)分: :位移位移, ,力力, ,溫度等溫度等. .電阻式、電容式、磁電式等電阻式、電容式、磁電式等. .物性型物性型, ,結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型. .能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .開(kāi)關(guān)型（

6、二值型）、模擬型和數(shù)字型開(kāi)關(guān)型（二值型）、模擬型和數(shù)字型. .第三章第三章 常用傳感器常用傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院9A A 物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換. . 例如例如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì), ,壓電測(cè)力計(jì)壓電測(cè)力計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .B B 能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量

7、轉(zhuǎn)換型（有源傳感器）能量轉(zhuǎn)換型（有源傳感器）: :直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型（無(wú)源傳感器）能量控制型（無(wú)源傳感器）: :從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化供給能量的變化. . 例如例如: :電阻式、電容式、電感式電阻式、電容式、電感式. .第三章第三章 常用傳感器常用傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院104. 4. 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1 1）靈敏度）靈敏度2 2）線性度）線性度3 3）重復(fù)性）重復(fù)

8、性4 4）穩(wěn)定性）穩(wěn)定性5 5）精確度）精確度6 6）動(dòng)態(tài)特性）動(dòng)態(tài)特性7 7）環(huán)境參數(shù)）環(huán)境參數(shù) 在滿足量程的情況下，保證傳感器的主要參數(shù)性能指在滿足量程的情況下，保證傳感器的主要參數(shù)性能指標(biāo)，放寬對(duì)次要指標(biāo)的要求，從而達(dá)到高的性價(jià)比。標(biāo)，放寬對(duì)次要指標(biāo)的要求，從而達(dá)到高的性價(jià)比。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院115. 5. 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)三新三新四化四化雖然傳感器只是一個(gè)小小的裝置，但它涉及的學(xué)科非常廣泛，如物理、雖然傳感器只是一個(gè)小小的裝置，但它涉及的學(xué)科非常廣泛，如物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、電子，材料、工藝等等。隨著在任何一個(gè)領(lǐng)域中化學(xué)、生物、

9、醫(yī)學(xué)、電子，材料、工藝等等。隨著在任何一個(gè)領(lǐng)域中研究的深入，都會(huì)對(duì)傳感器的發(fā)展起到推進(jìn)作用。研究的深入，都會(huì)對(duì)傳感器的發(fā)展起到推進(jìn)作用。新材料、新工藝、新效應(yīng)：新材料、新工藝、新效應(yīng)：目前發(fā)展最迅速的新材料是：半導(dǎo)體、陶瓷、光導(dǎo)纖維、磁性材料目前發(fā)展最迅速的新材料是：半導(dǎo)體、陶瓷、光導(dǎo)纖維、磁性材料和和“智能材料智能材料”，使眾多非電量的測(cè)量成為可能。，使眾多非電量的測(cè)量成為可能。集成化、多維化、多功能化和智能化集成化、多維化、多功能化和智能化將傳感器、微處理器和信號(hào)處理電路集成在同一芯片上，結(jié)構(gòu)一般將傳感器、微處理器和信號(hào)處理電路集成在同一芯片上，結(jié)構(gòu)一般是三維器件，即立體器件。是三維器件，

10、即立體器件。第三章第三章 常用傳感器常用傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院12第二節(jié)第二節(jié) 電阻式傳感器電阻式傳感器 把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器，是一種能量控把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器，是一種能量控制型傳感器制型傳感器被測(cè)信息被測(cè)信息敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源輔助電源信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路輸出信息輸出信息電阻元件電阻元件電阻元件電阻元件傳感元件為傳感元件為電阻元件電阻元件3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、價(jià)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、輸出格便宜、性能穩(wěn)定、輸出功率大，應(yīng)用廣泛。功率大，應(yīng)用廣泛。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院

11、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院13根據(jù)電工理論，一個(gè)電導(dǎo)體的電阻值按如下公式變化根據(jù)電工理論，一個(gè)電導(dǎo)體的電阻值按如下公式變化 ：AlR導(dǎo)體的三個(gè)參數(shù)導(dǎo)體的三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)生變化，則電發(fā)生變化，則電阻值將隨之變化阻值將隨之變化 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院14 按工作的原理可分為按工作的原理可分為:電位器式、電阻應(yīng)變式電位器式、電阻應(yīng)變式.1 電位器式傳感器電位器式傳感器 (1) 工作原理工作原理3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器線繞式電位計(jì)：當(dāng)滑臂觸點(diǎn)從一圈導(dǎo)線移動(dòng)至下線繞式電位計(jì)：當(dāng)滑臂觸點(diǎn)從一圈導(dǎo)線移動(dòng)至下一圈時(shí)，電阻值的變化是臺(tái)階形

12、的，限制了電位一圈時(shí)，電阻值的變化是臺(tái)階形的，限制了電位器的分辨率。實(shí)際中能做到繞線間的密度為器的分辨率。實(shí)際中能做到繞線間的密度為2525圈圈/mm/mm，對(duì)直線移動(dòng)式裝置來(lái)說(shuō)，分辨率最小為，對(duì)直線移動(dòng)式裝置來(lái)說(shuō)，分辨率最小為4040 m m，而對(duì)一個(gè)直徑為，而對(duì)一個(gè)直徑為5cm5cm的單線圈轉(zhuǎn)動(dòng)式電位的單線圈轉(zhuǎn)動(dòng)式電位計(jì)來(lái)說(shuō)，其最好的角分辨率約為計(jì)來(lái)說(shuō)，其最好的角分辨率約為0.10.1 。 lRklA華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院15(2) 測(cè)量電路分析測(cè)量電路分析:電阻分壓電路：電阻分壓電路：0 x 100%100%Output0負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng)為減小后接電路的負(fù)載效應(yīng)，應(yīng)使為

13、減小后接電路的負(fù)載效應(yīng)，應(yīng)使e0eyRLxpxRpRx3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器)1)(10pLPpyxxRRxxeePLRR 0exxepy華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院16(3) 電位器式傳感器的特點(diǎn)電位器式傳感器的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，輸出信號(hào)大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，輸出信號(hào)大n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 分辨力不高分辨力不高。因受到電阻絲直徑的限制。因受到電阻絲直徑的限制。 噪聲大噪聲大。電刷和電阻元件之間接觸面的變動(dòng)。電刷和電阻元件之間接觸面的變動(dòng)和磨損、和磨損、 塵埃附著等，都會(huì)使電刷在滑動(dòng)過(guò)塵埃附著等，都會(huì)使電刷在滑動(dòng)過(guò)程中的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則變化，產(chǎn)生噪聲。程中

14、的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則變化，產(chǎn)生噪聲。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，適合于測(cè)量變換較慢的量。，適合于測(cè)量變換較慢的量。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院17(4) 應(yīng)用應(yīng)用煤氣包煤氣包鋼絲鋼絲煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器-電阻電阻3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院182. 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片 壓 力 作 用 膜片形變（應(yīng)變） 應(yīng)變片電阻改變 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖導(dǎo)體或半導(dǎo)體導(dǎo)體或半導(dǎo)

15、體材料在外界力材料在外界力的作用下產(chǎn)生的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。發(fā)生變化。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院19 根據(jù)應(yīng)變材料分為根據(jù)應(yīng)變材料分為金屬電阻應(yīng)變片式金屬電阻應(yīng)變片式與與半導(dǎo)體應(yīng)變片式（壓阻式）半導(dǎo)體應(yīng)變片式（壓阻式）兩類。兩類。工作原理：工作原理：電阻值：電阻值：lRA2Ar3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器對(duì)上式進(jìn)行全微分，并用相對(duì)變化量來(lái)表示：rrllAAllRR2縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變ll橫向應(yīng)變：橫向應(yīng)變：當(dāng)電阻絲沿軸向伸長(zhǎng)時(shí)，必沿徑向縮小泊松比泊松比llrr壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)電阻絲電阻率相對(duì)變化，與

16、電阻電阻絲電阻率相對(duì)變化，與電阻絲軸向所受正應(yīng)力絲軸向所受正應(yīng)力 有關(guān)。有關(guān)。彈性模量彈性模量E華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院20因此：因此：是由電阻絲的電阻率隨應(yīng)變的改變引起的。是由電阻絲的電阻率隨應(yīng)變的改變引起的。分析：分析：(12 ) 是由電阻絲幾何尺寸改變引起的。是由電阻絲幾何尺寸改變引起的。E 注意：對(duì)金屬電阻絲來(lái)說(shuō)，注意：對(duì)金屬電阻絲來(lái)說(shuō)， 是很小的，可忽略；對(duì)半導(dǎo)是很小的，可忽略；對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，體應(yīng)變片來(lái)說(shuō)， 是很小的，可忽略。這正是兩類電是很小的，可忽略。這正是兩類電阻應(yīng)變式傳感器原理的重要區(qū)別。阻應(yīng)變式傳感器原理的重要區(qū)別。E (12 ) 3.2 電阻式傳感器

17、電阻式傳感器上式表明，應(yīng)變與電阻變化率呈線性關(guān)系。上式表明，應(yīng)變與電阻變化率呈線性關(guān)系。EAAllRR)21 (華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院21工作原理是基于金屬導(dǎo)體的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 電阻絲應(yīng)變片電阻絲應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片：金屬電阻應(yīng)變片：(12 )dRR 常用的電阻材料：康銅、鎳鉻合金、鎳鉻鋁合金常用的電阻材料：康銅、鎳鉻合金、鎳鉻鋁合金靈敏度：靈敏度：

18、(12 )S敏感元件是金屬絲柵。敏感元件是金屬絲柵。常用的結(jié)構(gòu)形式：絲式、箔式常用的結(jié)構(gòu)形式：絲式、箔式3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院22 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片1. 金屬箔柵很薄，感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面金屬箔柵很薄，感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面應(yīng)力狀態(tài)更接近應(yīng)力狀態(tài)更接近2. 箔材表面積大，散熱條件好，所以允許通過(guò)箔材表面積大，散熱條件好，所以允許通過(guò)較大電流，因而可以輸出較大信號(hào)，提高了測(cè)較大電流，因而可以輸出較大信號(hào)，提高了測(cè)量靈敏度量靈敏度3. 箔柵的尺寸準(zhǔn)確、均勻，能制成任意形狀，箔柵的尺寸準(zhǔn)確、均勻，能制成任意形狀，擴(kuò)大了應(yīng)變片的使用范圍擴(kuò)大了

19、應(yīng)變片的使用范圍優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：敏感元件是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的薄敏感元件是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的薄金屬箔柵。金屬箔柵。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 生產(chǎn)工序較復(fù)雜；生產(chǎn)工序較復(fù)雜；2. 引出線的焊點(diǎn)采用錫焊，因此不適于高溫環(huán)境下測(cè)量。引出線的焊點(diǎn)采用錫焊，因此不適于高溫環(huán)境下測(cè)量。3. 價(jià)格較貴價(jià)格較貴3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院233.2 電阻式傳感器電阻式傳感器一般市售電阻應(yīng)變片的一般市售電阻應(yīng)變片的標(biāo)準(zhǔn)阻值有標(biāo)準(zhǔn)阻值有60、120、350、600、1000歐等。歐等。通常靜態(tài)測(cè)量時(shí)，允許通常靜態(tài)測(cè)量時(shí)，允許的電流一般規(guī)定為的電流一般規(guī)定為25mA，動(dòng)

20、態(tài)測(cè)量時(shí)可，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可達(dá)達(dá)75100mA，箔式箔式應(yīng)應(yīng)變片則可更大些。變片則可更大些。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院24金屬電阻應(yīng)變片的主要特性參數(shù)金屬電阻應(yīng)變片的主要特性參數(shù)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器（1） 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù) 金屬應(yīng)變絲金屬應(yīng)變絲的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之間具有線性關(guān)系，用靈敏度系數(shù)，用靈敏度系數(shù) 表示。表示。當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其電阻當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其電阻應(yīng)變特性應(yīng)變特性，與金屬單絲情況不同。，與金屬單絲情況不同。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻應(yīng)變應(yīng)變特性重新

21、測(cè)定。特性重新測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變?cè)诤軐挼姆秶鷥?nèi)均在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即為線性關(guān)系。即 為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。SRRRRSS測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)測(cè)量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 恒小于線材的靈敏系數(shù)恒小于線材的靈敏系數(shù) 。原因：膠層傳遞變形失真，同時(shí)橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因原因：膠層傳遞變形失真，同時(shí)橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因素。素。SSKS華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院25（2） 橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 金屬應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，金屬應(yīng)變片由于敏

22、感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變構(gòu)件的軸向應(yīng)變 使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應(yīng)變 也將使敏感柵也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化，半圓弧部分的電阻發(fā)生變化，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。r若敏感柵有若敏感柵有n根縱柵，每根長(zhǎng)為根縱柵，每根長(zhǎng)為l，半徑為，半徑為r，在軸向應(yīng)變，在軸向應(yīng)變 作用下，全作用下，全部縱柵的變形視為部縱柵的變形視為 nlL1在半圓弧形部分，同時(shí)受到在半圓弧形部分，同時(shí)受到 和和 作用，在

23、作用，在任一小段長(zhǎng)度任一小段長(zhǎng)度 上的應(yīng)變由上的應(yīng)變由材料力學(xué)材料力學(xué)公式得到公式得到rrddl 2cos)(21)(21rr)(200rrrrddll縱柵為縱柵為n根的應(yīng)變片共根的應(yīng)變片共n1個(gè)半圓弧橫柵，全部變形量為：個(gè)半圓弧橫柵，全部變形量為：)(2)1(2rrnLbOlrrdld0華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院26應(yīng)變片敏感柵的總變形為：應(yīng)變片敏感柵的總變形為：rrnrnnlLLL2)1(2)1(221敏感柵的靈敏系數(shù)為敏感柵的靈敏系數(shù)為 ，則電阻的相對(duì)變化為：，則電阻的相對(duì)變化為：rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2)1(2)1(2ryxKKRR橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系

24、數(shù)之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)橫向靈敏系數(shù)與縱向靈敏系數(shù)之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)HrnnlrnKKHxy)1(2)1(由上式，由上式，r越小，越小，l越大，則越大，則H越小。越小。即，敏感柵越窄、基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。即，敏感柵越窄、基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。橫向靈敏系數(shù)橫向靈敏系數(shù)縱向靈敏系數(shù)縱向靈敏系數(shù)SK華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院27（3） 機(jī)械滯后機(jī)械滯后應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合，即為機(jī)械滯后。，即為機(jī)械滯后。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：應(yīng)變片

25、在承受機(jī)械應(yīng)變后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，如果敏感柵受到不適電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，如果敏感柵受到不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘哒辰Y(jié)劑固化不充分。當(dāng)?shù)淖冃位蛘哒辰Y(jié)劑固化不充分。機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生的實(shí)

26、驗(yàn)誤差。的實(shí)驗(yàn)誤差。 1機(jī)械應(yīng)變卸載加載指示應(yīng)變i應(yīng)變片的機(jī)械滯后華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院28應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變片（半導(dǎo)體應(yīng)變片（壓阻式壓阻式）：）：dRER 壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)指某些半導(dǎo)體材料在沿某一軸向指某些半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 工作原理是基于半導(dǎo)體材料的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)。靈敏度：靈敏度：SE3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器主要類型有：主要類型有：體型：體型：利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式的應(yīng)變片；利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式的應(yīng)變片；薄膜型：薄膜型：利用真空沉積技

27、術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的基底上而制成；基底上而制成；擴(kuò)散型：擴(kuò)散型：在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測(cè)量元件。作為測(cè)量元件。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院29n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，機(jī)械滯后小，頻率響應(yīng)搞，橫向效應(yīng)小，元靈敏度高，機(jī)械滯后小，頻率響應(yīng)搞，橫向效應(yīng)小，元件尺寸小件尺寸小.n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性差和靈敏度的非線性誤差大溫度穩(wěn)定性差和靈敏度的非線性誤差大。應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片(壓阻式壓阻式)：dRER 靈敏度：靈敏度：SE目前，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體應(yīng)變

28、片大都采用目前，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體應(yīng)變片大都采用P型硅單晶制成。型硅單晶制成。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院30金屬絲應(yīng)變片金屬絲應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片利用金屬導(dǎo)體形變引起電利用金屬導(dǎo)體形變引起電阻的變化阻的變化 。一般制作應(yīng)變。一般制作應(yīng)變片的金屬絲的靈敏度片的金屬絲的靈敏度S S在在1.71.74.04.0之間，有些工程之間，有些工程書上，直接將金屬絲應(yīng)變書上，直接將金屬絲應(yīng)變片的靈敏度片的靈敏度S S定義為定義為2 2。 利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化阻的變化。用半導(dǎo)體應(yīng)變片制。用半導(dǎo)體應(yīng)變片制成的傳感器亦稱為成的傳

29、感器亦稱為壓阻傳感器。壓阻傳感器。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有很高的靈敏半導(dǎo)體應(yīng)變片具有很高的靈敏度（是金屬絲應(yīng)變片靈敏度度（是金屬絲應(yīng)變片靈敏度大大50507070倍倍 ），但其最大的特），但其最大的特點(diǎn)是溫度靈敏度高，但非線性點(diǎn)是溫度靈敏度高，但非線性嚴(yán)重及安裝困難。嚴(yán)重及安裝困難。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院31電阻應(yīng)變式傳感器溫度誤差及其補(bǔ)償電阻應(yīng)變式傳感器溫度誤差及其補(bǔ)償（1） 溫度誤差溫度誤差tRRt1)(二二. 電阻絲材料的線膨脹系數(shù)電阻絲材料的線膨脹系數(shù) 與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù) 不同。不同。一一. 應(yīng)變片的電阻絲應(yīng)變片的電

30、阻絲(敏感柵敏感柵)具有一定溫度系數(shù)具有一定溫度系數(shù) ：因環(huán)境溫度變化引起電阻變化的兩個(gè)主要因素：因環(huán)境溫度變化引起電阻變化的兩個(gè)主要因素：teg引起的應(yīng)變?yōu)橐鸬膽?yīng)變?yōu)閠get)(2tKRRge)()(2tKtRRRRRRgett)()()()(21則虛假應(yīng)變?yōu)椋簞t虛假應(yīng)變?yōu)椋簍tKKRRgettt)()(這就是試件不受外力作用，在溫度變化這就是試件不受外力作用，在溫度變化 時(shí)，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。時(shí)，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。t因此，由溫度變化引起的總的電阻相對(duì)變化為：因此，由溫度變化引起的總的電阻相對(duì)變化為：3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院32（2） 溫度補(bǔ)

31、償（自補(bǔ)償法和線路補(bǔ)償法）溫度補(bǔ)償（自補(bǔ)償法和線路補(bǔ)償法） 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片tKtRRRRRRgett)()()()(21由溫度變化引起的總的電阻相對(duì)變化為由溫度變化引起的總的電阻相對(duì)變化為可見(jiàn)，要消除溫度變化引起的誤差，必須使可見(jiàn)，要消除溫度變化引起的誤差，必須使0)(getK即即)(egtK在選擇敏感柵材料時(shí)，使其與被測(cè)試件之間滿足上式即可實(shí)現(xiàn)溫度在選擇敏感柵材料時(shí)，使其與被測(cè)試件之間滿足上式即可實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。自補(bǔ)償。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和使用都比較方便，但它必須在一定線膨脹該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和使用都比較方便，但它必須在一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自

32、補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｏ禂?shù)材料的試件上使用，否則不能達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康摹?.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院33 雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一正一負(fù)）由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一正一負(fù)）的材料串聯(lián)組成敏感柵，要求兩種敏感的材料串聯(lián)組成敏感柵，要求兩種敏感柵隨溫度變化產(chǎn)生的電阻增量大小相等，柵隨溫度變化產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在符號(hào)相反，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。即即tbtaRR)()(所以，兩段敏感柵的電阻大小可按下式選擇：所以，兩段敏感

33、柵的電阻大小可按下式選擇：)()()()(aeaabebbtaatbbbaKKRRRRRR該方法制造時(shí)，可以調(diào)節(jié)兩段敏感柵的絲長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某種材料的該方法制造時(shí)，可以調(diào)節(jié)兩段敏感柵的絲長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某種材料的試件在一定溫度范圍內(nèi)獲得較好的溫度補(bǔ)償。試件在一定溫度范圍內(nèi)獲得較好的溫度補(bǔ)償。焊點(diǎn)RaRb3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院34電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)之間的關(guān)系為電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)之間的關(guān)系為)(3241RRRRAUSC當(dāng)當(dāng) 、 為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)， 和和 對(duì)輸出電壓的對(duì)輸出電壓的作用方向相反，利用這個(gè)基本特性實(shí)現(xiàn)溫度作用方向相反，利用這個(gè)基本特性

34、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償是最常用的補(bǔ)償方法之一。補(bǔ)償是最常用的補(bǔ)償方法之一。3R4R1R2R測(cè)量應(yīng)變時(shí)，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測(cè)試件的表面一片貼在被測(cè)試件的表面，稱為工作片，稱為工作片，圖中圖中 R1 ，另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，稱為補(bǔ)償片，稱為補(bǔ)償片，圖中圖中R2。在工作過(guò)程中，補(bǔ)償片不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變化。在工作過(guò)程中，補(bǔ)償片不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變化。 電路補(bǔ)償法電路補(bǔ)償法USCR2R4R1R3E式中式中A-由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，當(dāng)被測(cè)試件不承受

35、應(yīng)變時(shí)， R1和和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即電橋輸出電壓為零，即0)(3241RRRRAUSC選取：選?。篟RR21RRR433.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院35當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若R1t=R2t，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由上，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由上式可知電橋的輸出電壓為零，即式可知電橋的輸出電壓為零，即0)()(322411RRRRRRAUttSC若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻R1發(fā)生變化，發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變。故由前不

36、承受應(yīng)變。故由前式可得輸出電壓為式可得輸出電壓為KRARRRRRKRRRAUttSC)()(3224111RRR21RRR43由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件：為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件： R1和和R2須屬于同一批號(hào)的，即它們的電阻溫度系數(shù)須屬于同一批號(hào)的，即它們的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系、線膨脹系數(shù)數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；都相同，兩片的初始電阻值也要求相同； 用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼

37、工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；要求兩者線膨脹系數(shù)相等； 兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院36根據(jù)被測(cè)試件承受應(yīng)變的情況，可以不另加專門的補(bǔ)償塊，而是將補(bǔ)償根據(jù)被測(cè)試件承受應(yīng)變的情況，可以不另加專門的補(bǔ)償塊，而是將補(bǔ)償片貼在被測(cè)試件上，這樣既能起到溫度補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏片貼在被測(cè)試件上，這樣既能起到溫度補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏度，如圖所示的貼法。度，如圖所示的貼法。R1R2FFR1R2（b）（a）F構(gòu)件受彎曲應(yīng)力構(gòu)件受單向應(yīng)力3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華

38、南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院37n直接用來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力直接用來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力，如為了研究某些構(gòu)件，如為了研究某些構(gòu)件在工作狀態(tài)下的受力、變形情況，可利用不同形狀的應(yīng)在工作狀態(tài)下的受力、變形情況，可利用不同形狀的應(yīng)變片，粘貼在構(gòu)件的選定部位，測(cè)得構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力變片，粘貼在構(gòu)件的選定部位，測(cè)得構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力或彎矩等，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校核或構(gòu)件破壞的預(yù)測(cè)等或彎矩等，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校核或構(gòu)件破壞的預(yù)測(cè)等提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。n將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測(cè)量力、位移、壓力、測(cè)量力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)的傳感器加速度等物

39、理參數(shù)的傳感器。在這種情況下，彈性元件。在這種情況下，彈性元件得到與被測(cè)量成比例的應(yīng)變，再由應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電阻的得到與被測(cè)量成比例的應(yīng)變，再由應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電阻的變化。變化。電阻式應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：電阻式應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：注意：電阻應(yīng)變片必須被粘貼在試件或彈性單元上才能工注意：電阻應(yīng)變片必須被粘貼在試件或彈性單元上才能工作。粘合劑和粘合技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接影響。作。粘合劑和粘合技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接影響。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院38沖床生產(chǎn)記數(shù)沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)電子秤電子秤機(jī)械手握力測(cè)量機(jī)械手握力測(cè)量3.2 電阻式傳感器電阻

40、式傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院39應(yīng)變式傳感器包括兩個(gè)部分：一是應(yīng)變式傳感器包括兩個(gè)部分：一是彈性敏感元件彈性敏感元件，利用它將被測(cè)物理量，利用它將被測(cè)物理量（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個(gè)是應(yīng)應(yīng)變片變片作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。 u 柱力式傳感器柱力式傳感器u 梁力式傳感器梁力式傳感器u 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器u 應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器u 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院401 1

41、、柱力式傳感器、柱力式傳感器 （適于測(cè)量大的載荷）（適于測(cè)量大的載荷）2cos)1 ()1(2因此，軸向應(yīng)變片感受到的應(yīng)變?yōu)椋ㄒ虼?，軸向應(yīng)變片感受到的應(yīng)變?yōu)椋?）：）：0SEF1 圓周方向應(yīng)變片感受到的應(yīng)變?yōu)椋▓A周方向應(yīng)變片感受到的應(yīng)變?yōu)椋?）：）：090SEF12柱式力傳感器-2+1截面積SFFF面積S-1+2b）a）彈性元件分為實(shí)心和空心兩種。實(shí)心圓柱彈性元件分為實(shí)心和空心兩種。實(shí)心圓柱可承受較大負(fù)荷；空心圓桶橫向鋼度大，可承受較大負(fù)荷；空心圓桶橫向鋼度大，穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號(hào)相向布置

42、同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號(hào)相反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成了差動(dòng)對(duì)。反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成了差動(dòng)對(duì)。在與軸線任意夾角的在與軸線任意夾角的方向，其應(yīng)變?yōu)榉较颍鋺?yīng)變?yōu)?：載荷彈性模量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院412 2、梁式力傳感器（適于測(cè)量小載荷）、梁式力傳感器（適于測(cè)量小載荷）等強(qiáng)度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁。等強(qiáng)度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁。LR1R3R2R4xFhbb0R4這種彈性元件的特點(diǎn)是：其截面按這種彈性元件的特點(diǎn)是：其截面按一定的規(guī)律變化，當(dāng)集中力作用在一定的規(guī)律變化，當(dāng)集中力作用在自由端時(shí)，距作用力任何距離的截自由端時(shí)，距作用力任何距離的截面上應(yīng)力相等。面上

43、應(yīng)力相等。梁的固定端寬度為梁的固定端寬度為b0，自由端寬度為自由端寬度為b，梁長(zhǎng)為，梁長(zhǎng)為L(zhǎng)，粱厚為，粱厚為h。因此沿這種梁的長(zhǎng)度方向上的截面抗彎模量因此沿這種梁的長(zhǎng)度方向上的截面抗彎模量W W的變化和彎矩的變化和彎矩M M的變化成正比。的變化成正比。常數(shù)26bhFLWM等強(qiáng)度梁各點(diǎn)的應(yīng)變值為：等強(qiáng)度梁各點(diǎn)的應(yīng)變值為：EbhFL26華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院423 3、 應(yīng)變式壓力傳感器（主要用來(lái)測(cè)量液體、氣體的壓力）應(yīng)變式壓力傳感器（主要用來(lái)測(cè)量液體、氣體的壓力）測(cè)量氣體或液體壓力的薄板式傳感器，如圖所示。當(dāng)氣體或液體壓力作測(cè)量氣體或液體壓力的薄板式傳感器，如圖所示。當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時(shí)，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形用在薄板承壓面上時(shí)，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形，并改變阻值。這時(shí)測(cè)量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。，并改變阻值。這時(shí)測(cè)量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。 P（b） （a）應(yīng)變式壓力傳感器圓形薄板固定形式：采用嵌固形式如