应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （1）应变效应 金属应变片结构：
网状敏感栅——高阻金属丝、金属箔
基片——绝缘材料
盖片——保护层
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （1）应变效应
应变片组成
应变片结构
1—敏感元件 2、4—基底 3—引线
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （1）应变效应
箔式应变片结构
应变式传感器特征： 材料类型:金属应变片、半导体应变片 应用范围:应变力、压力、转矩、位移、加速度； 优 点:使用简单、精度高、范围大体积小。
应变式传感器 概述
➢广泛应用于－ 各种电子秤
应变式传感器
概述
高 精 度 电 子 汽 车 衡
动态电子秤 电子天平
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理
（1）应变效应 ❖ 金属电阻应变片基于电阻应变效应:导体产生机 械形变时电阻值发生变化。一根长L ，截面积为S ， 电阻率为ρ的金属丝电阻为:
Rt R0 K g s t
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
（3）应变片温度误差及补偿
➢ 温度补偿方法有：线路补偿、自补偿、电桥补偿、 热敏电阻补偿、计算机补偿等。
• 线路补偿： 被测试件相邻臂上安装一补偿片，处于相同的温度场, 但不受力。 电桥输出U0与桥臂参数的关系为：
U0=A（R1R3-RBR2） 当温度变化时 ΔR1=ΔRB，电桥平衡， 当有应变时 R1有增量,正比于Kε， 补偿片RB无变化 ΔRB=0 电桥输出 U0与温度无关
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
（3）应变片温度误差及补偿
• 自补偿方法 双丝法
➢当电阻丝受到轴向拉力F作用时，电阻值ΔR的 变化引起电阻的相对变化为:
R l S RlS
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理
（1）应变效应
当电阻丝受到轴向拉力F作用时，金属丝几何尺 寸变化引起电阻的相对变化
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理
（1）应变效应
用横向、径向应变、泊松系数带入后电阻变化率为：
R
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理
（1）应变效应
➢ 对于金属电阻丝 μ=0.25～0.5(钢μ=0.285) k0≈1+2μ k0≈1.5～2
(1 2) ? /
金属应变片灵敏系数k0由材料几何尺寸的变化决定
• 通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量将 应力转换为应变进行测量，这是应变式传感器测量 应变的基本原理。
半导体材料的灵敏系数Ｋ０主要由压阻效应引起的电阻 率ρ的变化；灵敏系数远大于金属应变片的灵敏系数。
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （3）应变片种类 • 按材料分： 金属式： 丝式、箔式、薄膜型 半导体式： 体型、薄膜型、扩散型、外延型、PN结型 • 按结构分：单片、双片、特殊形状 • 按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （1）应变效应
应变片的粘贴技术 粘贴剂的选择 工艺处理过程
要求：准确传递应变 粘贴强度好，蠕变小，机械滞后小； 耐疲劳性好，长期稳定性好，绝缘性好。
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理 （1）应变效应
应变的粘贴处理过程
1 应变片的检查与选择 2 试件的表面处理 3 底层处理 4 贴片 5 固化 6 粘贴质量检查 7 引线焊接与组桥连接
应变式传感器
2.1 电阻应变片原理
（2）压阻效应和压阻式传感器 ❖ 半导体应变片又称压阻式传感器 • 优点：灵敏度高、耗电少、有正负两种应力效应。 • 缺点：受温度影响较大。
已知固体受力引起的电阻变化为：
R / R 1 2 / K0
对半导体
K0 1 2 E K0 50 : 100
第2章 电阻式传感器 应变式传感器
应变式传感器
主要内容
1.电阻应变片原理 2.金属应变片的主要特性 3.应变片测量电路 4.应变式传感器的应用
应变式传感器
概述
电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测 力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.01—0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲 式、剪切式。
体型半导体电阻应变片
•对比
半导体 金属导体
压阻效应 电阻效应
内部结构 机械形变
电阻率变化 电阻值变化
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
• 性能指标
使用面积 电阻值 灵敏度系数 基底材料和形式 最大允许工作电流 极限温度 电阻温度系数 灵敏度温度系数 应变极限 动态特性
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
❖ 应变片本身的性能参数αt、βs； ❖ 试件参数βg有关。
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
（3）应变片温度误差及补偿 ➢电阻丝阻值与温度关系：
Rt R0 1 t t R0 R0t t
温度变化Δt时电阻丝的电阻变化
Rt Rt R0 R0tt
因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化
（1）应变片的灵敏系数 ➢ 金属丝做成应变片后电阻应变特性与单根金属丝 不同；实验证明，应变片灵敏系数K < K0电阻丝灵 敏系数，产品的灵敏系数称“标称灵敏系数”。
应变片
Ｆ
Ｆ
被测体
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
（2）横向效应
➢ 直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同， 但应变不同，园弧部分使灵敏系数K下降，这 种现象称为横向效应。
应变式传感器
2.2 金属应变片的主要特性
（3）应变片温度误差及补偿
➢ 应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温 度变化，应变片的电阻也会变化，这种变化叠加 在测量结果中称应变片温度误差。应变片温度误 差来源有两个主要因素： αt ——应变片本身电阻温度系数影响 βg ——试件材料的线膨胀系数影响
❖ 因环境温度改变引起的附加电阻变化与环境温 度变化Δt有关；

设
L
L
R R

(1
2 )



(1
2 )

p L
L

L L
令：
k0

R /

R
1
2

/


R R
(1 2
L p )
L

K 0
结论：金属材料的 R 主要受（1+2μ）影响；非金属材料主要受（Δρ/ρ）
/ε影响！