式中： — R 温度变化引起敏感栅电阻值的变化； —应变片电阻； R —应变片的电阻温度系数； t —测试过程中被测试件的温度变化值。 T 电阻值的变化折算成相应的应变值为：
T
T RT 1 t R ER ER 式中： —应变片的灵敏度。 T
ER
敏感栅与基底线胀差异引起的附加应变
典型应用
拉压力的测量
转矩测量
流体压力测量 加速度测量 拉压力测量
汽车轴荷仪 电子称
测挂钩牵引力的拉力传感器
转矩测量
流体压力的测量
还有其他办法吗？
温度特性
1 温度对敏感栅电阻值的影响 设测试过程中被测试件的温度变化为 ，则由此 T 所引起敏感栅电阻值的变化 为： R
T
RT R t T
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,压电测力计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等.
(3)按传感器的能量传递方式分类:
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如:电阻应变片.
(1)
金属应变片（不变）
dR (1 2 ) R S 1.7 3.6
(2)
金属应变计
半导体应变片（变化）
半导体应变计
dR E R S 60 170
应变计
2) 金属应变计
• • • • 金属应变计有: 丝式和 箔式 优点:稳定性和温度 特性好. 缺点:灵敏度系数小.
设测试过程中被测试件的温度变化为 ，则敏 T 感栅与基底线胀差异引起的附加应变 为： s s ( g s )T 式中： — s 线胀差异引起的附加应变 分别为敏感栅和基底材料的线胀系数。 — g s 温度引起的总的应变 为： z t T z T s ( g s )T ER 欲消除温度的影响，常用的方法是进行补偿。
能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测. 例如:超声波发生器和接受器.
3. 传感器的性能要求
• • • • •
足够的容量 匹配性好，转换灵敏度高 精度适当，稳定性高 反应速度快，工作可靠性高 适应性和适用性强
3.2 机械式传感器（略） 如弹簧称，真空表等
4.3.1 电阻式传感器
2 分类
+
a) 极距变化型;
+ +
S A0
b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.
c) 介质变化型
平板平移式
A b x
C
获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变 化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水 位、压力等）。
• 传感器在非电量电测系统中的作用： 一是 敏感作用：
感受并拾取被测对象的信号 二是变换作用： 被测信号转换成易于检测和处理的电 信号
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类: 位移传感器,流量传感器,温度传感器等. (2)按传感器元件的变换原理分类:
弹性元件
将被测量转变为应变。
应变计
3) 半导体应变计 • 体型 • 薄膜型
• 扩散型
• 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的 元件. • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
4) 应用 案例：
案例：电子称
德国HBM电阻应变式传感器
原理 将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器
l R A
•按工作的原理可分为:
电阻应变式 变阻器式 热敏式 光敏式 电敏式
电阻应变式传感器--应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变 效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
应变片沾贴
确定贴片位置
打磨
划线 表面处理 贴片 固化 引线 防护处理
3.3.2 电容式传感器
1.变换原理: 将被测量的变化转化为电容量变化 两平行极板组成的电容器,它的电容量为:

+
C
C
A
A
+
+
r 0 A
d

当被测量 δ 、 A 或 ε 发生变化时，都会引起电容的变化。 如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数， 就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为
R
l
A
R R R dR dl d l A dA
A r dA 2 rdr2Fra bibliotekdR R
dr r

dl l
l l
d

2
d
dr r

dR R
,

E
(1 2 E)
•
3) 结构
（a）金属丝式 （b）金属箔式
1－ 基底；2－ 敏感栅；3－ 盖片；4－ 引线
栅长
又称格距，一般l＝2～3mm。栅长小的应变片横向效 应严重，粘贴和定位较困难，所以常选用栅长大的 应变片。栅长小的应变片主要用于应变变化梯度大、 频率高、粘贴面受限的场合。a为栅宽，通常10mm。
金属丝式: 敏感栅常用直径20μ m～30μ m的康铜或镍铬 合金曲折绕成栅状后贴在由浸渍过绝缘材料的纸或合成 有机聚合物的基底上。缺点：横向效应比较明显。 金属箔式:敏感栅通常是用光刻法在厚度仅为1μ m～ 10μ m的金属箔片上刻制而成。如此，不仅可制造出可满 足各种不同测试要求的形状复杂的应变片（如图3-5所 示），而且刻制出的线条均匀、尺寸精度高，适于大批 量制造。
第三章
常用传感器与敏感元件
主要研究内容： 1.了解传感器的分类
2.常用传感器测量原理
3.传感器选用
3.1 概
述
1. 传感器(Sensor)定义
传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和 转换元件组成(GB766-87)。 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从 狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信 号的器件或装置。