荷重传感器应用估算
K FU i F Uo U om F Fm Fm
在上面介绍过的汽车衡示意图中，共使用了4 个荷重传感器，量程Fm =20t， 灵敏度KF =2.5mV/V， 使用4个独立的桥路电源，每一个电源电压均相等， Ui =12V，四个荷重传感器的输出串联，总的输出电
压Uo =24mV， 请估算汽车的质量。
UO U i R 1 R 2 R 3 R 4 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
R
Ui *
R
3.2.2 应变式电阻传感器使用注意事项
1.应变片的粘贴：
(1) 去污：采用手持砂轮
工具除去构件表面的油 污、漆、锈斑等，并用 细纱布交叉打磨出细纹 以增加粘贴力 ，用浸有
酒精或丙酮的纱布片或
3.2.4 应变式加速度传感器及其应用
图示应变式电阻加速度传感器由基座(用来固定在被 测物体上)、等截面悬臂梁、质量块和4个电阻应变片组成， 以等截面悬臂梁为弹性敏感元件。
加速度传感器 l一基座； 2一质量块；3一应变片； 4一悬臂梁
测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传 感器固定在被测部位。当被测点的加速度沿图中箭 头所示方向，
2.应变效应
金属和半导体材料的电阻值随它承受的机械变 形大小而发生变化的现象就称为“应变效应”。
应变片的工作原理
设有一长度为l、截面积为A、半径为r 、电阻 率为 的金属单丝，它的电阻值R可表示为、、
l l R 2 A r
当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力） 时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值 R 发生变化。例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，均 导致R变大；又如，某些半导体受拉时，将变大，导 致R变大。 实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量 R R与材料力学中的轴向应变 x的关系在很大范围 内是线性的，即
脱脂棉球擦洗。
(2)贴片：在应变片的 表面和处理过的粘贴 表面上，各涂一层均 匀的粘贴胶 ，用镊子 将应变片放上去，并 调好位置，然后盖上 塑料薄膜，用手指揉 和滚压，排出下面的 气泡 。
(3)测量 ：从分开的端 子处，预先用万用表测 量应变片的电阻，发现 端子折断和坏的应变片。
(4)焊接： 将引线和 端子用烙铁焊接起来， 注意不要把端子扯断。
例：现用铭牌指标为F= 100103N，KF= 2mV/V的荷重 传感器称重。当桥路电压 6V 时，测得桥路的输出电 压为24mV，求被测荷重为多少吨。
解 由荷重传感器铭牌上得到，Uom=24mV。被测荷重
Fm U O 100 10 3 6 10 3 3 F 12.5 10 N 1.3t 3 KF Ui 2 10 24

应变花的基本形式
a—丝式应变花；b—箔式应变花
应变片的工作原理 金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
l l R 2 A r
金属电阻丝应变效应
3.2.1 电阻应变片的结构及工作原理
1.结构
电阻应变片（简称应变片）的作用是把导体的 机械应变转换成电阻应变，以便进一步电测。
电阻应变片的结构
3.1.2 弹性敏感元件的分类 弹性敏感元件在形式上可分为两大类： 变换力的弹性敏感元件。 变换压力的弹性敏感元件。
1.变换力的弹性敏感元件 有： （1）等截面圆柱式 （2）圆环式 （3）等截面薄板式 （4）悬臂梁式 （5）扭转轴
一些变换力的弹性敏感元件形状
2 .变换压力的弹性敏感元件 （1）弹簧管
U i R1 R2 Ui UO ( ) K (1 2 ) 4 R1 R2 4
（3-2）
双臂电桥
四臂全桥
全桥电桥：如右图所示，全桥 的四个桥臂都为应变片，如果 设法使试件受力后，应变片 R1 ～ R4产生的电阻增量（或 感受到的应变1 ～ 4）正负号 相间，就可以使输出电压Uo成 倍地增大。
4. 弹性后效
当载荷从某一数值变化到另一数值时,弹 性元件变形不是立即完成相应的变形，而是 经一定的时间间隔逐渐完成变形的，这种现 象称为弹性后效。
5. 固有振荡频率
弹性敏感元件都有自己的固有振荡频率f0， 它将影响传感器的动态特性。 传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的 固有振荡频率。 往往希望f0较高。
6(l l 0 ) 6(l l 0 )m F a 2 2 Eb Eb
输出信号大小与加速度成正比。 应变式电阻加速度传感器具有灵敏度高、静态 和动态特性好等优点，广泛应用于汽车安全气囊的 控制、油箱和电梯疲劳强度的测试以及电脑游戏控 制杆的倾角感应器中。
3.3压阻式压力传感器
是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的，是一种新的 物性型传感器。灵敏度高、动态响应好、精度高、易于 微型化和集成化等。
根据结构不同，扩散硅型传感器可用来测量压力、力、压 力差、加速度等，其中应用最广的是扩散硅压力传感器。
扩散硅压力传感器 1一引出线；2一电极；3一扩散电阻引线；4一扩散型应变片 5— 单晶硅膜片；6—硅环；7一玻璃粘接剂；8一玻璃基板
压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片
隔离、承压膜 片可以将腐蚀性 的气体、液体与 硅膜片 隔离开来。
电桥电路可分为单臂、双臂和全桥工作方式。
1单臂电桥 单臂电桥：如右图所示，R1为 电阻应变片，R2、R3、R4为固 定电阻。
UO U i R 1 U i K1 4 R1 4
单臂电桥
双臂电桥
双臂电桥：如右图所示，R1、 R2为应变片，R3、R4为固定电 阻。应变片R1、R2感受到的应 变1、2以及产生的电阻增量 正负号相间，可以使输出电压 Uo成倍地增大。
(5)固定： 焊接 后用胶布将引线 和被测对象固定 在一起，防止损 坏引线和应变片。
2./R2=R4/R3（ R1、 R2是R1、R2并联RP后
的等效电阻），电桥趋
于平衡，Uo被预调到零 位，这一过程称为调零。 图中的R5是用于减小调 节范围的限流电阻。
3．传感器的温度补偿
当环境温度升高
时，桥臂上的应变片
温度同时升高，温度
引起的电阻值漂移数
值一致，可以相互抵 消，所以全桥的温漂 较小；半桥也同样能 克服温漂。
3.2.3 应变式电阻荷重传感器及其应用
应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应 力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻 应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片 粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路， 这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。 第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将 其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试 件的应变量。
应变式力传感器
F
F
F
F
各种悬臂梁
F
固定点
F
固定点
电缆
应变片在悬臂梁上的粘贴及变形
应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置
F
R
4
R1
R 2
应变式荷重传感器外形及受力位置（续）
F
F
荷重传感器原理演示
荷重传 感器上的应 变片在重力 作用下产生 变形。轴向 变短，径向 变长。
汽车衡
汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）
R K x R
2-1
K—电阻应变片的灵敏度
3. 测量电路——不平衡电桥
UO U i R 1 R 2 R 3 R 4 ( ) 4 R1 R2 R3 R4
由于
R
R
K
Ui ∴ U o K ( 1 2 3 4 ) 4
根据应用要求的不同，可接入不同数目的电阻应 变片，一般分为下面几种形式的电桥：
压阻式固态 压力传感器
内部结构
信号处理电路
小型压阻式固态压力传感器
低压进气口
高压进气口
绝对压力传感器
小型压阻式固态压力传感器（续）
呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器
p1进气管
固态压力 传感器
p2进气管
u o Kp
K—传感器的灵敏度系数
小型压阻式固态压力传感器（续）
p1进气管
表压压力传感器
汽车在钢板上有少许的前、后、左、右偏位，
是否会影响测量结果？为什么？
荷重传感器用于构件 的称重 荷重传感器
（共 3个，120度分布，以 达到均衡目的，另两个 未拍出）
垫块
底座
电缆
电子秤
远距离 显示
磅秤
超市打印秤
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
人体秤
吊钩秤
便携式
应变式数显扭矩扳手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机 械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺 纹的装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量 ≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、 自动断电等功能。
变换压力的弹性敏感元件
(a)弹簧管；(b)波纹管；(c)等截面薄板；(d)膜盒；(e)薄壁圆筒；(f)薄壁半球
（2）波纹管
波纹管是有许多同心环状皱纹的薄壁圆管.
（3）波纹膜片和膜盒 平膜片在压力或力作用下位移量小，因而常把 平膜片加工制成具有环状同心波纹的圆形薄膜，这 就是波纹膜片。
波纹管膜片波纹的形状
（4）薄壁圆筒 薄壁圆筒的壁厚一般小于圆筒直径的二十分 之一。 薄壁圆筒弹性敏感元件的灵敏度取决于圆筒 的半径和壁厚，与圆筒长度无关。
薄壁圆筒弹性敏感元件的结构
3.2 电阻应变片传感器
电阻应变片的分类
电阻应变片主要分为金属电阻应变片和半导体 应变片两类。 金属电阻应变片分体型和薄膜型。属于体型的 有电阻丝栅应变片、箔式应变片、应变花等。 半导体应变片是用锗或硅等半导体材料作为敏 感栅。
投入式液位计液位的计算：
安装高度h0处水的表压
p1=gh1
h=h0+h1=h0+p1 /（g）