结构简单
电阻式传感器的特点： 输出精度较高
线性和稳定性好
电阻式传感器的分类
1．变阻器式传感器 敏感元件：弹性敏感元件 转换元件 ：电位器 特点：结构简单、价格便宜、输出信号功率大， 主要用于测量变量变化较大的场合。
２．电阻应变式传感器 敏感元件：弹性敏感元件 转换元件 ：电阻应变片 特点：用于测量变化量相对较小的场合，其灵敏度较高。
３．固态压阻式传感器 敏感元件：半导体 转换元件：半导体 特点：用于测量变化量相对较小的场合，其灵敏度较高。
第一节 金属应变片式传感器
金属应变片式传感器是一种由金属应变片和弹性敏感 元件组合起来的传感器。将应变片粘帖在各种弹性敏感元 件上，当弹性敏感元件受到外作用力、力矩、压力、位移、 加速度等各种参数作用时，将产生位移、应力和应变，此 时电阻应变片就可将其转化为电阻的变化。
工程技术方面，而且在生物医学方面，都是重要的。
掌握描述弹性力学的基本概念： 形变、 应力、 应变、 模量
物体受到外力作用后，产生两方面效果：
一方面产生整体运动;
另一方面，外力将向物体内部传递，引起物体内部 各相邻点之间相对运动，导致其体积或形状发生改变， 使物体产生变形。
形变
弹性形变: 能恢复原状的形变; 例如：橡皮筋等。
x tg
d
无量纲！
v
F
x
A
F
d
三、弹性模量
在正比极限范围内，应力与应变的变化关系 是线性的，它们的比值是一恒量，这就是著名的 虎克定律。对于不同的材料，可以有不同的比例 系数，此比值称为该物质的弹性模量（modulus of elasticity )，单位为: N ·m-2。
弹性模量是物质所具有的一种属性，它表示 某种材料反抗形变的能力。
金属应变片的工作原理是基于应变效应。
应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械 变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称 为应变效应。
补
弹性力学
充 知
识
在现实世界中，真正的刚体是不存在的。一般物体
在外力作用下，它的形状和大小都会或多或少发生变化。
研究物体在形状和大小发生改变时的力学性质，不仅在
1 . 张应力
在张应变时，物体的内部任一横截面上都会有张力 存在。如下图，分布在此横截面上的总力与物体两端的 拉力相等，横截面上的力称为应力（stress)，用σ表示：
F
某一点的张应力，
S
则用求导数的方法。
F
F
lim
F dF
S0 S dS
F
F F
F
2 . 体应力
当物体受到来自各个方面的均匀压力， 且物体是各向同性时，可发生体积变化。 此时物体内部各个方面的截面上都有同样 大小的压应力，或者说具有同样的压强。 因此体应力（volume stress)可以用压强 P 表示。
ln R ln ln L ln A （3-2）
再对（3-2）式取全微分
dRdLdAd R L A
（3-3）
式中：dL/L——长度相对变化量，用应变ε表示为
dL L
dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的 半径，圆面积微分后可得dA=2πr dr，则
dA 2 dr Ar
由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸 长，沿径向缩短，令 dL/L=ε 为的轴向应变，那么轴向应变和 径向应变的关系可表示为
塑性形变: 不能或者部分恢复原状的形变； 例如：橡皮泥、铜丝等。
一、应力
物体发生形变时，总是与力分不开的。由于组成 物体的微观粒子之间的相对位置发生改变，物体内各 个相邻的宏观部分之间存在着相互作用且大小与外力 相等的弹性力，此力使物体具有恢复原状的趋势。用 单位面积上的弹性力作为恢复趋势的定量表示，称为 应力( stress )，它的单位是牛顿·米-2（N·m-2）。对 应于不同的应变，有以下三种形式的应力。
以金属材料为例，在拉伸金属材料使之产生应变的 同时，测量其被拉伸部分的电阻值，发现
dR R
k0
k0 ——金属材料的灵敏系数； ε——应变
分析如下：
一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：
R l
A
（3-1）
式中：ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度； A ——电阻丝的截面积
当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小 ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，为 研究电阻值的变化，将（3-1）式取自然对数：
3 . 剪应力
当物体发生剪切形变时如图(a)，物体中任一与底面平行的
截面所受的平行于截面的应力，称为剪应力（shearing stress），
记作τ
F
S
或
lim
F dF
S0 S dS
F A
如图(b)所示，如果物体受力不垂 直截面，则将其分解为垂直和平 行截面两个方向，
（a）
Fn
S
正应力
F
S 剪应力
（b）
二、应变
较为常见的形变是长度、体积和形状三种的改变。 为了从数量上表示各种形变程度，引入应变 ( strain ) 这一概念，它表示物体受外力作用时，其长度、形状 或体积发生的相对变化。
1 . 张应变 最简单的形变就是物体受到外力牵拉 （或压缩）时的长度变化，称为张应变，
(tensile strain) 用ε表示。
物体单纯受张应力或压应力作用时，其应力与 应变的比值称为杨氏模量。 E F S Fl
l l Sl
电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变
化的现象称为金属的电阻应变效应。
R l
S
金属丝受拉时，l 变长、r 变小，导致 R 变大 。
一、应变效应
第三章 电阻式传感器
第一节 电阻应变片式传感器 第二节 固态压阻式传感器 第三节 电阻传感器测量及接口电路
本章小结
电阻式传感器 ❖可测力、压力、位移、应变、加速度等物理量
力、压 力、位
移
弹性 敏感 元件
电阻 应变 片
R
电桥 电路
U
❖工作原理：金属丝、箔、薄膜在外界应力作用下
电阻值变化的效应——变 物体各部分在各个方向上受到同等压强时体积 发生变化而形状不变，则体积变化△V与 体积 V 之比称为体应变（ volume strain ）以θ表示 即
V
V
无量纲！
3 .剪应变 物体受剪切力作用，发生只有形状变化没有 体积变化的弹性形变，称为剪应变，
以γ表示。
所谓剪切力是指大小相等、方向相反 而作用线平行的一对力。