傳感器與測試技術課件

阻抗式結構傳感器阻抗式結構傳感器彈性壓力計 當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應的彈性變形(即機械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。 彈性壓力計的組成環(huán)節(jié)如圖3-3所示。彈性元件是核心部分，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設計；在彈性元件與指示機構之間是變換放大機構，其作用是將彈性元件的變形進行變換和放大；指示機構(如指針與刻度標尺)用于給出壓力示值；調(diào)整機構用于調(diào)整零點和量程。彈性壓力計(2)彈簧管壓力計 彈簧管式壓力計是工業(yè)生產(chǎn)上應用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結構應用最多。其一般結構如圖3-4所示。被測壓力由接口引入，使彈簧管自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿使扇形齒輪逆時針偏轉，并帶動嚙合的中心齒輪轉動，與中心齒輪同軸的指針將同時順時針偏轉，并在面板的刻度標尺上指示出被測壓力值。通過調(diào)整螺釘可以改變拉桿與扇形齒輪的接合點位置，從而改變放大比，調(diào)整儀表的量程。圖3-4彈簧管壓力計結構

1-彈簧管；2-連桿；3-扇形齒輪；4-底座；

5-中心齒輪；6-游絲；7-表盤；8-指針；9-接頭；10-橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽(2)彈簧管壓力計圖3-4彈簧管壓力計結構

彈性敏感元件的材料1、較高的彈性極限

為使彈性敏感元件在外力的作用下不產(chǎn)生永久變形，當外力撤除后，彈性敏感元件應回復到原有的狀態(tài)，這就要求彈性材料必須具有較高的彈性極限2、具有適當?shù)膹椥阅Ａ?/p>

彈性模量表示的是材料在彈性極限內(nèi)，當對彈性敏感元件施加一定的外力時，所產(chǎn)生的變形量的大小。彈性模量的數(shù)值一般與所選擇的金屬或合金有關，它是材料的固有性質。3、較高的疲勞極限

疲勞極限愈高，彈性敏感元件就能長期的重復動作，使用壽命就愈長。4、良好的成型加工性能

彈性敏感元電阻式傳感器

核心器件：線繞電位器、電阻應變片等。主要應用：力學參數(shù)的測量(位移、壓力、荷重、加速度等)。電位器式電阻傳感器一、線繞式電位器傳感器

1.線繞式電位器的結構和工作原理⑴空載特性圖1－1工作原理圖等截面線繞式電位器電阻式傳感器

核心器件：線繞電位器、電阻應變片等。電位器式電電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關系的電壓。它大多是用作分壓器，這是電位器是一個四端元件。電位器基本上就是滑動變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關和激光頭功率大小調(diào)節(jié)電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關系的電壓。

電位器的結構1電阻絲2電刷3骨架電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動工作原理：通過改變電路中電阻值的大小，將物體的位移轉換為電阻的變化。常用電位器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。工作原理：通過改變電路中電阻值的大小，將物體的位移轉換為電阻電位器傳感器的應用1位移傳感器:精密線位移傳感器(電子尺)功能和原理位移傳感器的功能在于把直線機械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在電位器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。電位器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。2壓力傳感器:通過設置點調(diào)節(jié)電位器，可設定控制范圍和最小輸出電壓。也可以通過0-10V信號設置輸出電壓。應用范圍：液體冷卻，冷卻器或冷凝器

電位器傳感器的應用1位移傳感器:精密線位移傳感器(電子尺)電阻應變片：是將被測試件的機械量（應變）轉換成電量（電阻）的一種元件。

敏感柵：由金屬電阻絲構成，能將機械應變轉化成電阻變化。組成:基底：固定保護敏感柵一般由紙和有機聚合物成。引線：由鎳鉻鋁絲構成，用來從敏感柵引出電信號。覆蓋層：用來保護和固定敏感柵。

電阻應變片電阻應變片：是將被測試件的機械量（應變）轉換成電量（電阻）的應變式電阻傳感器工作原理一、應變效應的理論基礎

1．金屬導體的電阻定律(線材)2r

A

=πr

2L其全微分：其全微分：給出了總電阻的相對變化量與其它三個量的相對變化的關系。在力的作用下，L、A、ρ均可發(fā)生變化，R亦可發(fā)生變化。應變式電阻傳感器工作原理一、應變效應的理論基礎2rA=π其相對變化量為：若電阻絲是圓形的，則，r為電阻絲的半徑，對r微分得：dA=2πrdr，則令為金屬電阻絲的軸向應變其相對變化量為：若電阻絲是圓形的，則為徑向應變由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為μ為電阻絲材料的泊松比，負號表示應變方向相反?；驗閺较驊冇刹牧狭W可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量，其表達式為靈敏系數(shù)K受兩個因素影響：一個是應變片受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2μ；另一個是應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（dρ/ρ）/εx。對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數(shù)表達式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/εx大得多，而半導體材料的(dρ/ρ)/εx項的值比1+2μ大得多。大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應變成正比，即K為常數(shù)。通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其物得到：或表示金屬電阻絲的電阻相對變化與軸向應變成正比。3、半導體應變原理

半導體應變片是用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。沿一塊半導體的某一軸向施加壓力使其變形時，它的電阻率會發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為半導體的壓阻效應。利用壓阻效應制成的傳感器稱為壓阻傳感器或半導體應變片。得到：或表示金屬電阻絲的電阻相對變化與軸向應變成正比。3、半當半導體應變片受軸向力作用時，其電阻相對變化為式中dρ/ρ為半導體應變片的電阻率相對變化量，其值與半導體敏感元件在軸向所受的應變力有關，其關系為當半導體應變片受軸向力作用時，其電阻相對變化為式中dρ/式中：π——半導體材料的壓阻系數(shù);

σ——半導體材料的所受應變力;

E——半導體材料的彈性模量;

ε——半導體材料的應變。實驗證明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半導體應變片的靈敏系數(shù)為式中：π——半導體材料的壓阻系數(shù);實驗證明，πE比1+2

半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高50～80倍，但半導體材料的溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重，使它的應用范圍受到一定的限制。用應變片測量應變或應力時，根據(jù)上述特點，在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，應變片隨著發(fā)生相同的變化，同時應變片電阻值也發(fā)生相應變化。當測得應變片電阻值變化量為ΔR時，便可得到被測對象的應變值，根據(jù)應力與應變的關系，得到應力值σ為σ=E·ε

式中：σ——試件的應力;E——試件材料的彈性模量;

ε——試件的應變。

由此可知，應力值正比于應變，而應變又正比于電阻值的變化，所以應力正比于電阻值的變化。這就是利用應變片測量的基本原理。半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高50～80電阻變化率與應變的關系:應變效應：金屬導線受力變形，該導線電阻值隨之變化的物理現(xiàn)象稱為應變效應。

工作特性靈敏系數(shù):是指應變片的電阻變化率與試件應變的比值稱為應變片的靈敏數(shù)。橫向效應：電阻應變片由于橫向縮短引起應變片電阻值減小，因此所測的應變值減小，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。溫度效應：溫度變化時，應變片電阻值也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為溫度效應。電阻變化率與應變的關系:應變效應：金屬導線受力變形，該導線電種類絲式應變片

敏感柵由高阻值的金屬絲繞成。箔式應變片

敏感柵由高阻值的金屬鉑片經(jīng)光刻腐蝕技術制成。半導體應變片

由鍺或硅單晶體作為敏感元件制成種類絲式應變片半導體應變片1基底材料的選用

2敏感元件材料選用

3敏感柵基長的選用

4電阻值的選用

5靈敏系數(shù)的選用應變片的選用1基底材料的選用應變片的選用工作方式(工作原理)應變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，用來測量試件表面的應變的。粘貼時需使柵絲的軸線沿應變方向。應變方向應變片與試件的粘結試件應變片注：當試件的應變方向不單一時，要使用多片。電阻應變片應變電阻的測量測量電橋測量電橋的作用是將應變片的電阻的變化轉換成為電壓（或電流）的變化。電橋按其電源性質的不同可以分為直流電橋(DirectCurrentBridge)和交流電橋(AlernatingCurrentBridge)。而交流電橋可以用于測量電阻、電感和電容的變化。工作方式(工作原理)應變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，VER1R2R3R43)應變片測量電路VER1R2R3R43)應變片測量電路單臂半橋工作方式演示：

R1為應變片，R2、R3、R4為固定電阻，R2～R4均為零，此時輸出電壓為：單臂半橋工作方式演示：令：金屬絲應變片：V與應變成線形關系，可以用電橋測量電壓測量應變令：金屬絲應變片：V與應變成線形關系，可以用電橋測量電壓測量直流電橋如圖所示:電阻R1,R2,R3,R4作為四個橋臂，在a、c兩端接入直流電源ui，在b、d兩端輸出電壓u0。電橋的平衡條件:R1*R3=R2*R4電橋特性電橋的加減特性電橋的溫度補償電橋的工作橋臂系數(shù)1．直流電橋法當負載電阻R

L→∞時，輸出電壓U0直流電橋如圖所示:電阻R1,R2,R3,R4作為四個橋臂，在非線性誤差γ金屬應變片ΔR較小，在要求不高時非線性誤差可以忽略，半導體則必須補償。非線性誤差的補償方法①差動電橋法a．半橋差動電路非線性誤差γ金屬應變片ΔR較小，在要求不高時非線性誤差可以雙臂半橋工作方式演示

R1、R2為應變片，R3、R4為固定電阻。應變片R1

、R2

感受到的應變1~2以及產(chǎn)生的電阻增量正負號相減，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。此時輸出電壓為：雙臂半橋工作方式演示由于n

=

1

所以輸出U0為純線性，且靈敏度提高了一倍由于n=1所以輸出U0為純線性，且靈敏度提高了一倍全橋差動電路輸出U0為也純線性，且靈敏度又提高了一倍。全橋差動電路輸出U0為也純線性，且靈敏度四臂全橋工作方式演示：全橋的四個橋臂都為應變片，如果設法使試件受力后，應變片R1~R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應變1~4）正負號相減，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。此時輸出電壓為：四臂全橋工作方式演示：荷重傳感器工作原理演示：應用式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置如圖。受力時兩個紅色應變片受壓應變變短，兩個藍色應變片受拉應變變長，經(jīng)橋路轉換之后，輸出電壓反映荷重。荷重傳感器工作原理演示：電阻應變式傳感器的應用：測力電阻應變式傳感器的應用：測力電子秤的工作原理顯示：電子秤的外形及應變片的粘貼位置如圖。稱重時紅色應變片受拉變長，綠色應變片受壓變短，經(jīng)橋路轉換之后輸出電壓，數(shù)字顯示器顯示重量。電子秤的工作原理顯示：加速度傳感器的測量原理演示：當振錘向下運動時，上部應變片受拉變長，振錘向下運動時，下部應變片受壓變短。輸出電壓反映出振錘向下運動的加速度。反之亦然。加速度傳感器的測量原理演示：標準產(chǎn)品標準產(chǎn)品1.1.2B

應變式電阻傳感器的應用一、力（荷重）傳感器

1.柱式力傳感器（柱的截面積為A）LFF電阻應變片2.梁式荷重傳感器⑴等截面梁式荷重傳感器一端固定，一端自由，厚度為h,長度L0，自由端力F的作用點到應變片的距離為LLL0FbhR1R2R3R4此位置上下兩側分別粘有4只應變片，R1、R4同側；R3、R2同側，這兩側的應變方向剛好相反，且大小相等，可構成全差動電橋。1.1.2B應變式電阻傳感器的應用一、力（荷重）傳感器L二、應變式加速度傳感器⒈基本原理：F=ma

。mKC振動體應變式加速度傳感器的物理模型

對于梁式傳感器當集中質量塊的質量為m時：

實際應用中a不是恒量(也不能是恒量),所以需要分析其動態(tài)響應(二階傳感器)。x二、應變式加速度傳感器mKC振動體應變式加速度傳感器的物理模案例：橋梁固有頻率測量案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量可采用在橋梁中部的橋身上粘貼應變片，形成半橋或全橋的測量電路，如下圖所示。然后用載重20噸、30噸、....的卡車以每小時40公里、80公里的速度通過大橋。在橋梁中部的橋面上設置一個三角枕木障礙，當前進中的汽車遇到障礙時對橋梁形成一個沖擊力，激起橋梁的脈沖響應振動。用應變片測量振動引起的橋身應變，從應變信號中就可以分析出橋梁的固有頻率。

下圖是實驗中采用的半橋電橋式應變片測量電路和由運算放大器構成的差動放大器電路。

橋梁固有頻率測量可采用在橋梁中部的橋身上粘貼應變片，形成半橋案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。案例：機器人握力測量案例：電子稱原理案例：機器人握力測量交流電橋當四個橋臂為電容或電感時，必須采用交流電橋。交流電橋當四個橋臂為電容或電感時，必須采用交流電橋。常用應力測量的布片和組橋方式:常用應力測量的布片和組橋方式:阻抗式結構傳感器阻抗式結構傳感器彈性壓力計 當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應的彈性變形(即機械位移)。根據(jù)變形量的大小，可以測得被測壓力的數(shù)值。 彈性壓力計的組成環(huán)節(jié)如圖3-3所示。彈性元件是核心部分，其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈性變形，彈性元件采用何種形式要根據(jù)測量要求選擇和設計；在彈性元件與指示機構之間是變換放大機構，其作用是將彈性元件的變形進行變換和放大；指示機構(如指針與刻度標尺)用于給出壓力示值；調(diào)整機構用于調(diào)整零點和量程。彈性壓力計(2)彈簧管壓力計 彈簧管式壓力計是工業(yè)生產(chǎn)上應用很廣泛的一種直讀式測壓儀表，以單圈彈簧管結構應用最多。其一般結構如圖3-4所示。被測壓力由接口引入，使彈簧管自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿使扇形齒輪逆時針偏轉，并帶動嚙合的中心齒輪轉動，與中心齒輪同軸的指針將同時順時針偏轉，并在面板的刻度標尺上指示出被測壓力值。通過調(diào)整螺釘可以改變拉桿與扇形齒輪的接合點位置，從而改變放大比，調(diào)整儀表的量程。圖3-4彈簧管壓力計結構

1-彈簧管；2-連桿；3-扇形齒輪；4-底座；

5-中心齒輪；6-游絲；7-表盤；8-指針；9-接頭；10-橫斷面；11-靈敏度調(diào)整槽(2)彈簧管壓力計圖3-4彈簧管壓力計結構

彈性敏感元件的材料1、較高的彈性極限

為使彈性敏感元件在外力的作用下不產(chǎn)生永久變形，當外力撤除后，彈性敏感元件應回復到原有的狀態(tài)，這就要求彈性材料必須具有較高的彈性極限2、具有適當?shù)膹椥阅Ａ?/p>

彈性模量表示的是材料在彈性極限內(nèi)，當對彈性敏感元件施加一定的外力時，所產(chǎn)生的變形量的大小。彈性模量的數(shù)值一般與所選擇的金屬或合金有關，它是材料的固有性質。3、較高的疲勞極限

疲勞極限愈高，彈性敏感元件就能長期的重復動作，使用壽命就愈長。4、良好的成型加工性能

彈性敏感元電阻式傳感器

核心器件：線繞電位器、電阻應變片等。主要應用：力學參數(shù)的測量(位移、壓力、荷重、加速度等)。電位器式電阻傳感器一、線繞式電位器傳感器

1.線繞式電位器的結構和工作原理⑴空載特性圖1－1工作原理圖等截面線繞式電位器電阻式傳感器

核心器件：線繞電位器、電阻應變片等。電位器式電電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關系的電壓。它大多是用作分壓器，這是電位器是一個四端元件。電位器基本上就是滑動變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關和激光頭功率大小調(diào)節(jié)電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關系的電壓。

電位器的結構1電阻絲2電刷3骨架電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動工作原理：通過改變電路中電阻值的大小，將物體的位移轉換為電阻的變化。常用電位器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。工作原理：通過改變電路中電阻值的大小，將物體的位移轉換為電阻電位器傳感器的應用1位移傳感器:精密線位移傳感器(電子尺)功能和原理位移傳感器的功能在于把直線機械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在電位器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。電位器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。2壓力傳感器:通過設置點調(diào)節(jié)電位器，可設定控制范圍和最小輸出電壓。也可以通過0-10V信號設置輸出電壓。應用范圍：液體冷卻，冷卻器或冷凝器

電位器傳感器的應用1位移傳感器:精密線位移傳感器(電子尺)電阻應變片：是將被測試件的機械量（應變）轉換成電量（電阻）的一種元件。

敏感柵：由金屬電阻絲構成，能將機械應變轉化成電阻變化。組成:基底：固定保護敏感柵一般由紙和有機聚合物成。引線：由鎳鉻鋁絲構成，用來從敏感柵引出電信號。覆蓋層：用來保護和固定敏感柵。

電阻應變片電阻應變片：是將被測試件的機械量（應變）轉換成電量（電阻）的應變式電阻傳感器工作原理一、應變效應的理論基礎

1．金屬導體的電阻定律(線材)2r

A

=πr

2L其全微分：其全微分：給出了總電阻的相對變化量與其它三個量的相對變化的關系。在力的作用下，L、A、ρ均可發(fā)生變化，R亦可發(fā)生變化。應變式電阻傳感器工作原理一、應變效應的理論基礎2rA=π其相對變化量為：若電阻絲是圓形的，則，r為電阻絲的半徑，對r微分得：dA=2πrdr，則令為金屬電阻絲的軸向應變其相對變化量為：若電阻絲是圓形的，則為徑向應變由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為μ為電阻絲材料的泊松比，負號表示應變方向相反。或為徑向應變由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量，其表達式為靈敏系數(shù)K受兩個因素影響：一個是應變片受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2μ；另一個是應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（dρ/ρ）/εx。對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數(shù)表達式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/εx大得多，而半導體材料的(dρ/ρ)/εx項的值比1+2μ大得多。大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應變成正比，即K為常數(shù)。通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其物得到：或表示金屬電阻絲的電阻相對變化與軸向應變成正比。3、半導體應變原理

半導體應變片是用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。沿一塊半導體的某一軸向施加壓力使其變形時，它的電阻率會發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為半導體的壓阻效應。利用壓阻效應制成的傳感器稱為壓阻傳感器或半導體應變片。得到：或表示金屬電阻絲的電阻相對變化與軸向應變成正比。3、半當半導體應變片受軸向力作用時，其電阻相對變化為式中dρ/ρ為半導體應變片的電阻率相對變化量，其值與半導體敏感元件在軸向所受的應變力有關，其關系為當半導體應變片受軸向力作用時，其電阻相對變化為式中dρ/式中：π——半導體材料的壓阻系數(shù);

σ——半導體材料的所受應變力;

E——半導體材料的彈性模量;

ε——半導體材料的應變。實驗證明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半導體應變片的靈敏系數(shù)為式中：π——半導體材料的壓阻系數(shù);實驗證明，πE比1+2

半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高50～80倍，但半導體材料的溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重，使它的應用范圍受到一定的限制。用應變片測量應變或應力時，根據(jù)上述特點，在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，應變片隨著發(fā)生相同的變化，同時應變片電阻值也發(fā)生相應變化。當測得應變片電阻值變化量為ΔR時，便可得到被測對象的應變值，根據(jù)應力與應變的關系，得到應力值σ為σ=E·ε

式中：σ——試件的應力;E——試件材料的彈性模量;

ε——試件的應變。

由此可知，應力值正比于應變，而應變又正比于電阻值的變化，所以應力正比于電阻值的變化。這就是利用應變片測量的基本原理。半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高50～80電阻變化率與應變的關系:應變效應：金屬導線受力變形，該導線電阻值隨之變化的物理現(xiàn)象稱為應變效應。

工作特性靈敏系數(shù):是指應變片的電阻變化率與試件應變的比值稱為應變片的靈敏數(shù)。橫向效應：電阻應變片由于橫向縮短引起應變片電阻值減小，因此所測的應變值減小，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。溫度效應：溫度變化時，應變片電阻值也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為溫度效應。電阻變化率與應變的關系:應變效應：金屬導線受力變形，該導線電種類絲式應變片

敏感柵由高阻值的金屬絲繞成。箔式應變片

敏感柵由高阻值的金屬鉑片經(jīng)光刻腐蝕技術制成。半導體應變片

由鍺或硅單晶體作為敏感元件制成種類絲式應變片半導體應變片1基底材料的選用

2敏感元件材料選用

3敏感柵基長的選用

4電阻值的選用

5靈敏系數(shù)的選用應變片的選用1基底材料的選用應變片的選用工作方式(工作原理)應變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，用來測量試件表面的應變的。粘貼時需使柵絲的軸線沿應變方向。應變方向應變片與試件的粘結試件應變片注：當試件的應變方向不單一時，要使用多片。電阻應變片應變電阻的測量測量電橋測量電橋的作用是將應變片的電阻的變化轉換成為電壓（或電流）的變化。電橋按其電源性質的不同可以分為直流電橋(DirectCurrentBridge)和交流電橋(AlernatingCurrentBridge)。而交流電橋可以用于測量電阻、電感和電容的變化。工作方式(工作原理)應變片在使用時，用粘合劑粘在試件表面，VER1R2R3R43)應變片測量電路VER1R2R3R43)應變片測量電路單臂半橋工作方式演示：

R1為應變片，R2、R3、R4為固定電阻，R2～R4均為零，此時輸出電壓為：單臂半橋工作方式演示：令：金屬絲應變片：V與應變成線形關系，可以用電橋測量電壓測量應變令：金屬絲應變片：V與應變成線形關系，可以用電橋測量電壓測量直流電橋如圖所示:電阻R1,R2,R3,R4作為四個橋臂，在a、c兩端接入直流電源ui，在b、d兩端輸出電壓u0。電橋的平衡條件:R1*R3=R2*R4電橋特性電橋的加減特性電橋的溫度補償電橋的工作橋臂系數(shù)1．直流電橋法當負載電阻R

L→∞時，輸出電壓U0直流電橋如圖所示:電阻R1,R2,R3,R4作為四個橋臂，在非線性誤差γ金屬應變片ΔR較小，在要求不高時非線性誤差可以忽略，半導體則必須補償。非線性誤差的補償方法①差動電橋法a．半橋差動電路非線性誤差γ金屬應變片ΔR較小，在要求不高時非線性誤差可以雙臂半橋工作方式演示

R1、R2為應變片，R3、R4為固定電阻。應變片R1

、R2

感受到的應變1~2以及產(chǎn)生的電阻增量正負號相減，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。此時輸出電壓為：雙臂半橋工作方式演示由于n

=

1

所以輸出U0為純線性，且靈敏度提高了一倍由于n=1所以輸出U0為純線性，且靈敏度提高了一倍全橋差動電路輸出U0為也純線性，且靈敏度又提高了一倍。全橋差動電路輸出U0為也純線性，且靈敏度四臂全橋工作方式演示：全橋的四個橋臂都為應變片，如果設法使試件受力后，應變片R1~R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應變1~4）正負號相減，就可以使輸出電壓U