傳感器原理與應(yīng)用目錄Contents項(xiàng)目一傳感器的基礎(chǔ)項(xiàng)目導(dǎo)讀傳感器技術(shù)在日常生活、社會生產(chǎn)和科學(xué)研究中扮演著重要的角色。傳感器是人們感知、獲取信息的窗口，是檢測系統(tǒng)的核心。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像人體的神經(jīng)和感官，源源不斷地向人們提供宏觀和微觀的種種信息，成為人們認(rèn)識客觀世界的重要工具。本項(xiàng)目主要介紹傳感器的定義、組成、分類、基本特性等基礎(chǔ)知識，以及傳感器檢測系統(tǒng)、常用檢測方法、傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢等相關(guān)知識。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)掌握傳感器的定義和組成掌握傳感器的分類方法理解傳感器的基本特性了解傳感器檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本類型掌握常用的檢測方法了解傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢能夠正確識別傳感器能夠正確應(yīng)用傳感器養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)精神踐行服從紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神認(rèn)識傳感器01了解傳感器的應(yīng)用02目錄ContentsPART01認(rèn)識傳感器 任務(wù)工單本任務(wù)要求學(xué)生正確認(rèn)識傳感器，掌握傳感器的組成與分類。任務(wù)引入我們大多數(shù)人都有這樣的經(jīng)歷，當(dāng)你走近某些寫字樓、機(jī)場的大門時，大門會自動打開，當(dāng)你進(jìn)入大廳之后，大門又會自動關(guān)閉。生活中還有很多類似裝置，如樓梯走廊的聲控?zé)?、手機(jī)的觸摸屏、紅外測溫儀等。這些裝置之所以能夠根據(jù)外界信號的變化而實(shí)現(xiàn)各種控制功能，是因?yàn)檫@些裝置中裝有傳感器，傳感器能夠感受信號并將信號傳遞出去。隨著科技的發(fā)展，生活中的傳感器越來越多。思考：什么是傳感器呢？傳感器是由哪些部分組成的呢？任務(wù)實(shí)施——繪制傳感器“家譜”圖1．實(shí)施目的（1）理解傳感器的定義。（2）掌握傳感器的分類方法和種類。2．實(shí)施器材白紙，筆。（1）將學(xué)生以5～6人為一組進(jìn)行分組，并選出組長。3．實(shí)施步驟任務(wù)實(shí)施——繪制傳感器“家譜”圖請指導(dǎo)教師按照學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)情況進(jìn)行評價，并將評價結(jié)果填入表1-1中。學(xué)生結(jié)合自身表現(xiàn)和指導(dǎo)教師的評價，對本次實(shí)施進(jìn)行總結(jié)。4．任務(wù)評價（2）組長組織組內(nèi)學(xué)生搜集資料，整理傳感器的分類方法和種類，并列舉每種傳感器1～3個

應(yīng)用案例。（3）組長組織組內(nèi)學(xué)生繪制傳感器“家譜”圖。（4）各組交叉點(diǎn)評，指出問題，總結(jié)、修正“家譜”圖。（5）各組展示成果，指導(dǎo)教師點(diǎn)評。任務(wù)實(shí)施——繪制傳感器“家譜”圖序號評價標(biāo)準(zhǔn)滿分實(shí)際得分教師評語1正確認(rèn)識傳感器30

2正確掌握傳感器的分類方法和種類30

3小組成員協(xié)作良好、任務(wù)完成度高20

4講解流暢，邏輯清晰20

總分100

個人總結(jié)

表1-1任務(wù)評價表傳感器的定義傳感器是指能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置?？捎幂敵鲂盘柺侵副阌趥鬏?、轉(zhuǎn)換、處理、顯示的信號。這種信號可以是電信號、光信號、聲信號，目前主要是電信號。因此，可以把傳感器狹義地定義為：將非電信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件。（1）傳感器是檢測裝置，能完成某種檢測任務(wù)。（2）它的輸入量（被測量）可以是物理量、化學(xué)量、生物量等。（3）它的輸出信號主要是電信號。（4）輸入量與輸出量有對應(yīng)關(guān)系，且具有一定的精度。傳感器的組成傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及信號調(diào)理電路組成，有時還包括輔助電源。傳感器的組成框圖如下圖所示。其中敏感元件和轉(zhuǎn)換元件為傳感器的基本組成部分，分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。但只由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成的傳感器，其輸出信號通常較弱，這就需要信號調(diào)理電路將輸出信號進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成易于傳輸、便于處理的可用輸出信號。傳感器的組成（1）敏感元件：傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的部分。（2）轉(zhuǎn)換元件：傳感器中能將敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。這種電信號通常較弱。（3）信號調(diào)理電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的弱電信號進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換和處理，如放大、濾波、線性化、補(bǔ)償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)特性，便于后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、處理及控制等功能。知識傳聲筒傳感器的敏感元件與轉(zhuǎn)換元件之間并無嚴(yán)格的界限。例如，在熱電偶傳感器中，熱電偶既是敏感元件，又是轉(zhuǎn)換元件。而有些傳感器不止一個轉(zhuǎn)換元件，要經(jīng)過多次信號轉(zhuǎn)換才能將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號。例如，應(yīng)變式密度傳感器要經(jīng)過三次信號轉(zhuǎn)換才能將密度信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。傳感器的分類傳感器用途廣泛，種類繁多，分類方法也很多。如下圖所示為傳感器的分類。比較常用的分類方法有以下幾種。按照傳感器感知外界信息所依據(jù)基本效應(yīng)的不同，傳感器可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。1．按照傳感器感知外界信息所依據(jù)的基本效應(yīng)分類按照傳感器工作原理的不同，傳感器可分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、聲波式和輻射式傳感器等。這種分類方法有利于對傳感器工作原理的闡述和對傳感器的深入研究與分析。本書主要采用這種分類方法進(jìn)行介紹。2．按照傳感器的工作原理分類傳感器的分類傳感器的分類按照傳感器被測參數(shù)的不同，傳感器可分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。這種分類方法有利于準(zhǔn)確表達(dá)傳感器的用途，方便使用者的選用。3．按照傳感器的被測參數(shù)分類按照傳感器輸出信號的不同，傳感器可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器是指傳感器的輸出信號為連續(xù)的模擬信號；數(shù)字傳感器是指傳感器的輸出信號為離散分布的數(shù)字信號。4．按照傳感器的輸出信號進(jìn)行分類傳感器的分類課堂討論想一想，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫膫鞲衅饔心男?？傳感器的基本特性在社會生產(chǎn)和科學(xué)研究中，通常需要對各種參數(shù)進(jìn)行檢測和控制，從而得到相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。這就要求傳感器能將被測非電信號的變化不失真地變換成相應(yīng)的電信號，能否滿足要求主要取決于傳感器的基本特性，即輸入輸出特性，它是傳感器敏感材料特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系所表現(xiàn)的外部特性。傳感器的基本特性主要分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩種。傳感器的基本特性1．傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指輸入的被測量不隨時間變化或隨時間變化極其緩慢時傳感器的輸入與輸出關(guān)系。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移、精度等。線性度傳感器的線性度(又稱非線性誤差)是指傳感器的輸入與輸出之間的線性程度。輸入與輸出關(guān)系可分為線性特性和非線性特性兩部分。通常，為了方便標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理，理想的輸入與輸出關(guān)系應(yīng)該是線性的。但實(shí)際遇到的傳感器，其輸入輸出關(guān)系大多為非線性關(guān)系。如果不考慮遲滯和蠕變等因素，傳感器的輸入與輸出關(guān)系可表示為

傳感器的基本特性

各項(xiàng)系數(shù)不同，特性曲線的具體形式也不同。靜態(tài)特性曲線可通過實(shí)際測試獲得。在實(shí)際使用中，人們?yōu)榱朔奖銟?biāo)定和數(shù)據(jù)處理，希望傳感器的輸入輸出關(guān)系為線性關(guān)系，因此引入了各種非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。例如，通過非線性補(bǔ)償電路或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行線性化處理，可使傳感器的輸入輸出關(guān)系達(dá)到或接近線性關(guān)系。如果傳感器非線性的方次不高，且輸入量變化范圍較小，則在傳感器的輸入輸出特性曲線中可使用一條直線近似地代表實(shí)際曲線的一段，使傳感器輸入輸出特性線性化，如下圖所示。圖中所采用的直線稱為擬合直線。傳感器的基本特性傳感器的基本特性

式中：

靈敏度靈敏度S是指傳感器在靜態(tài)下輸出量的增量Δy與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量Δx之比，即

它表征傳感器對單位輸入量變化的反應(yīng)能力。靈敏度S值越大，表示傳感器越靈敏。傳感器的基本特性對于輸入輸出關(guān)系為線性關(guān)系的傳感器，靈敏度就是其輸入輸出特性曲線的斜率，即而對于輸入輸出關(guān)系為非線性關(guān)系的傳感器，其靈敏度為一變量，它實(shí)際上是工作點(diǎn)處的切線斜率，即傳感器的靈敏度如下圖所示。

傳感器的基本特性遲滯現(xiàn)象主要是由于傳感器敏感元件的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的，如彈性敏感元件彈性滯后、運(yùn)動部件摩擦、傳動機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動等。遲滯

式中：

傳感器的基本特性重復(fù)性重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次變化時，所得各條特性曲線之間的一致程度，如下圖所示。各條特性曲線越靠近，說明重復(fù)性就越好。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差，一般用正反行程中最大重復(fù)差值與滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示，即

傳感器的基本特性漂移傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器的輸出量隨著時間或溫度的變化而變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生漂移的原因主要有兩個方面：一是傳感器自身敏感材料的特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生老化，這種漂移稱為時間漂移；二是測試過程中周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）發(fā)生變化。最常見的漂移是溫度漂移，即周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化而引起輸出量的變化。精度精度又稱靜態(tài)誤差，是傳感器在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值相對被測量理論值的偏離程度，是反映系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)。傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性是指傳感器的輸出量對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。當(dāng)被測量是時間的函數(shù)時，傳感器的輸出量也是時間的函數(shù)，此時兩者之間的關(guān)系要用動態(tài)特性來表示。一個動態(tài)特性好的傳感器，其輸出量將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，即輸出量與輸入量具有相同的時間函數(shù)。實(shí)際上，除了具有理想的比例特性外，輸出量與輸入量并不具有完全相同的時間函數(shù)，這種輸入與輸出之間的差異就是動態(tài)誤差。研究傳感器的動態(tài)特性主要是從測量誤差的角度分析產(chǎn)生動態(tài)誤差的原因及改善措施。由于絕大多數(shù)傳感器都可以簡化為一階或二階系統(tǒng)，因此一階和二階傳感器是最基本的研究對象。研究傳感器的動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面分別采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法進(jìn)行分析。本講小結(jié)傳感器的定義傳感器的組成傳感器的分類傳感器的基本特性電阻式傳感器項(xiàng)目二項(xiàng)目導(dǎo)讀電阻式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的裝置。電阻式傳感器可對位移、形變、力、力矩、加速度、溫度、濕度等物理量進(jìn)行測量，是冶金、電力、交通、石化、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門自動稱重、過程檢測和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化不可缺少的工具之一。本項(xiàng)目主要介紹應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器和熱敏電阻式傳感器三種電阻式傳感器。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)技能目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)掌握應(yīng)變式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握應(yīng)變式傳感器的測量電路掌握壓阻式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握壓阻式傳感器的測量電路掌握熱敏電阻式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握熱敏電阻式傳感器的測量電路了解電阻式傳感器的應(yīng)用能夠應(yīng)用金屬電阻應(yīng)變片制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置能夠使用壓阻式壓力傳感器測量壓力能夠制作與調(diào)試溫度控制開關(guān)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神認(rèn)識應(yīng)變式傳感器01認(rèn)識壓阻式傳感器02目錄Contents認(rèn)識熱敏電阻式傳感器03PART01認(rèn)識應(yīng)變式傳感器任務(wù)工單本任務(wù)要求學(xué)生正確認(rèn)識應(yīng)變式傳感器，掌握應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。任務(wù)引入電子秤種類多樣，常見的有家用體重計(jì)、超市使用的多功能電子臺秤、稱量稀有金屬的精密電子秤及稱量貨車載重的地磅等，如下圖所示。盡管它們的用途不同，但工作原理基本一致。任務(wù)引入電子秤通常采用應(yīng)變式傳感器，在工作時，將物體放置在托盤上，應(yīng)變式傳感器感應(yīng)到壓力后，其內(nèi)部的金屬電阻應(yīng)變片便會產(chǎn)生形變，電阻隨之發(fā)生變化，傳感器電路便產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號。電壓信號先由信號調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波，再由A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，最終被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并送至微處理器。微處理器結(jié)合按鍵電路的輸入信息及指令進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后將相應(yīng)的處理結(jié)果通過顯示電路顯示出來。思考：什么是應(yīng)變式傳感器？它是怎樣工作的？任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置1．實(shí)施目的（1）了解金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。（2）理解應(yīng)變式傳感器的工作原理。2．實(shí)施器材金屬電阻應(yīng)變片（2片，型號為BF350-3AA），電阻器（4個，電阻分別為200Ω、350Ω、300Ω、150Ω），電池（1節(jié)，型號為6F22，電壓為9V），可變電阻器（2個，最大電阻分別為100Ω和2000Ω），微安表（量程為199.9μA），萬用表，細(xì)導(dǎo)線，電烙鐵，焊錫絲，焊片，削鉛筆的小刀，酒精棉球，502膠水，絕緣膠布，細(xì)紗布，塑料托盤，砝碼（若干，單個重量為20g），薄膜片。任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置3．實(shí)施步驟將學(xué)生以3～5人為一組進(jìn)行分組。各組按照以下步驟制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置。（1）觀察金屬電阻應(yīng)變片BF350-3AA型金屬電阻應(yīng)變片的電阻為350Ω0.1Ω，基底為改性酚醛樹脂材料，敏感柵的柵絲為康銅箔材料。該型金屬電阻應(yīng)變片的尺寸為7.0mm4.5mm，采用了全封閉結(jié)構(gòu)，如右圖所示。任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置（2）粘貼金屬電阻應(yīng)變片在小刀刀片正反兩面的指定位置畫出金屬電阻應(yīng)變片的貼片位置，并用細(xì)砂布打磨，打磨后用酒精棉球擦洗干凈。在金屬電阻應(yīng)變片的基底底面涂上502膠水，并立即將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在貼片位置，使金屬電阻應(yīng)變片基準(zhǔn)線對準(zhǔn)定位線，再將一小片薄膜蓋在金屬電阻應(yīng)變片上，用手指輕輕擠壓掉多余的膠水，待金屬電阻應(yīng)變片與刀片完全黏合后松開手指，并從金屬電阻應(yīng)變片無引線的一端揭掉薄膜。在金屬電阻應(yīng)變片的引線附近粘貼好接線端子，同時在引線下面粘貼一層絕緣膠布，在引線焊接端去除絕緣層并涂上焊錫，將引線與敏感柵焊接牢固。焊接好引線后應(yīng)立即在金屬電阻應(yīng)變片的焊接端子處涂一層防護(hù)層，對其進(jìn)行防潮、防老化處理。將粘貼后的金屬電阻應(yīng)變片在室溫下自然干燥15～24h。待自然干燥完成后，利用萬用表檢測金屬電阻應(yīng)變片敏感柵是否有短路或斷路等故障。如有，則應(yīng)查找原因并排除故障，或重新粘貼制作。任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置（3）連接電路按照如下圖所示的電路圖連接電路，并將金屬電阻應(yīng)變片的引線和連接電路的導(dǎo)線焊接在焊片上。將小刀刀把固定于桌子邊沿，刀片懸空，用細(xì)線吊著塑料托盤掛于刀片上，可用膠布在刀片上固定好細(xì)線。任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置（4）平衡電橋接通電源，調(diào)節(jié)零點(diǎn)電位器使微安表讀數(shù)為0，即電橋平衡。（5）模擬電子稱重取一個20g砝碼放在托盤里，記錄微安表的讀數(shù)。若讀數(shù)不為整數(shù)，則微調(diào)，使讀數(shù)為整數(shù)值。依次增加砝碼數(shù)量，記錄微安表讀數(shù)，并填入表2-1中。分析測得的數(shù)據(jù)是否存在測量誤差，若存在誤差，則分析造成誤差的原因。表2-1數(shù)據(jù)記錄表砝碼/g

任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置請指導(dǎo)老師按照學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)情況進(jìn)行評價，并將評價結(jié)果填入表2-2中。學(xué)生結(jié)合自身表現(xiàn)和指導(dǎo)老師的評價，對本次實(shí)施進(jìn)行總結(jié)。3．實(shí)施步驟任務(wù)實(shí)施——制作與調(diào)試電子稱重模擬裝置表2-2任務(wù)評價表序號評價標(biāo)準(zhǔn)滿分實(shí)際得分教師評語技能操作正確認(rèn)識金屬電阻應(yīng)變片20

正確粘貼金屬電阻應(yīng)變片20

正確連接與調(diào)試電路20

正確模擬電子稱重20

參與程度認(rèn)真參加活動，積極思考，主動與同學(xué)、指導(dǎo)老師進(jìn)行交流，善于發(fā)現(xiàn)和解決問題10職業(yè)素養(yǎng)具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和責(zé)任意識，具有一定的創(chuàng)新思維10總分100

個人總結(jié)

敏感元件電阻應(yīng)變片是應(yīng)變式傳感器最常用的一種敏感元件。應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的。電阻應(yīng)變片品種繁多、形式多樣。常用的電阻應(yīng)變片為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。本任務(wù)主要介紹金屬電阻應(yīng)變片。1．結(jié)構(gòu)敏感元件金屬電阻應(yīng)變片主要由敏感柵、基底（基片）、覆蓋層（蓋片）、引線等部分組成，如下圖所示。（1）金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)敏感元件敏感柵敏感柵由電阻絲（箔）以柵形粘貼在基底和覆蓋層之間，其主要作用是實(shí)現(xiàn)由應(yīng)變變化到電阻變化的轉(zhuǎn)換，是金屬電阻應(yīng)變片的核心?；缀透采w層基底的主要作用是固定敏感柵，并使敏感柵與彈性元件相互絕緣。覆蓋層的主要作用是保護(hù)敏感柵，避免其受到機(jī)械損傷，并防止其高溫氧化。引線引線是焊接在敏感柵兩端，用來連接敏感柵和測量電路的絲狀或帶狀金屬導(dǎo)線。目前，引線材料主要為性能穩(wěn)定且電阻率較低的鍍錫銅線。當(dāng)金屬電阻應(yīng)變片工作時，基底會將彈性元件的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵。為此，基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。常用的基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布等。覆蓋層使用的材料與基底相同。敏感元件根據(jù)敏感柵加工工藝的不同，金屬電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片和薄膜式應(yīng)變片。（2）金屬電阻應(yīng)變片的類型

金屬絲式應(yīng)變片的敏感柵通常由直徑為0.01～0.05mm的金屬絲通過彎曲繞線的方法制成，如下圖所示。金屬絲可以被彎曲成U型、V型、H型等多種形狀。其制作方法簡單，但靈敏度不高。金屬絲式應(yīng)變片敏感元件

箔式應(yīng)變片的敏感柵一般由厚度為0.003～0.01mm的金屬箔片通過光刻、腐蝕等工藝制成。同時，由于該敏感柵可以制成各種圖形，所以也稱其為應(yīng)變花，如下圖所示。金屬箔片的材料多選擇電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片

薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸鍍或真空沉積等方法，在基底上形成一層厚度在0.1μm以下的金屬薄膜敏感柵，再加上覆蓋層制成的。與箔式應(yīng)變片相比，薄膜式應(yīng)變片的電阻率更高、尺寸更小、散熱更好且工作范圍更廣。特別是近年來，由于激光技術(shù)的發(fā)展，電阻器的制造精度大大提高。因此，薄膜式應(yīng)變片已成為目前最具發(fā)展前景的金屬電阻應(yīng)變片。薄膜式應(yīng)變片敏感元件金屬電阻應(yīng)變片的性能參數(shù)有靈敏度系數(shù)、橫向效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、絕緣電阻、應(yīng)變極限等。（3）金屬電阻應(yīng)變片的性能參數(shù)敏感元件靈敏度系數(shù)受兩個因素影響：一是受力后材料幾何尺寸的變化；二是受力后材料電阻率的變化。實(shí)驗(yàn)證明，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K是一個常數(shù)。靈敏度系數(shù)將金屬電阻應(yīng)變片粘貼于受單向應(yīng)力作用的物體表面，并使敏感柵縱向軸線與應(yīng)力方向一致，此時金屬電阻應(yīng)變片電阻的相對變化量AR/R與沿應(yīng)力方向的應(yīng)變的比值稱為靈敏度系數(shù)，即

敏感元件橫向效應(yīng)金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵是由N條長度為的直線段和直線段端部的（N-1）個半徑為r的半圓圓弧組成的。將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在被測物體上，若該金屬電阻應(yīng)變片承受軸向應(yīng)力而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)變，則各直線段的電阻將增大，但在半圓弧段則受到小于的應(yīng)變，圓弧段電阻的變化將小于沿軸向安放的同樣長度電阻絲電阻的變化。因此將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但是由于敏感柵的電阻變化減小，其靈敏度系數(shù)較整長電阻絲的靈敏度系數(shù)要小，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)，如下圖所示。敏感元件標(biāo)準(zhǔn)電阻金屬電阻應(yīng)變片在無應(yīng)變的情況下的電阻稱為標(biāo)準(zhǔn)電阻。常用的標(biāo)準(zhǔn)電阻等級有60Ω、120Ω、250Ω、350Ω、1000Ω等，其中以120Ω最為常用。絕緣電阻絕緣電阻是指已粘貼的金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵及引出線與被測物體之間的電阻。絕緣電阻越大越好，通常要求絕緣電阻在50～120MΩ以上。絕緣電阻下降會使檢測系統(tǒng)的靈敏度降低，使金屬電阻應(yīng)變片的指示應(yīng)變產(chǎn)生誤差。應(yīng)變極限當(dāng)溫度一定時，金屬電阻應(yīng)變片的指示應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的相對誤差不超過10%，金屬電阻應(yīng)變片所能達(dá)到的最大應(yīng)變稱為應(yīng)變極限。敏感元件（1）檢查金屬電阻應(yīng)變片的外觀是否平整，是否有破損，是否存在短路、斷路、金屬絲折斷等情況。（2）清除被貼附物體（彈性元件）表面的污物、氧化層等，使其保持平整、光滑。（3）確定貼片位置，并標(biāo)出金屬電阻應(yīng)變片中心線和貼片位置中心線。（4）粘貼時，首先用清潔溶劑擦洗貼片位置，然后在金屬電阻應(yīng)變片的粘貼面涂上一層薄薄的膠水，再將金屬電阻應(yīng)變片中心線與貼片位置中心線對準(zhǔn)并貼牢，最后在金屬電阻應(yīng)變片上蓋上一層蠟紙，并擠出接觸面中多余的膠水和氣泡。金屬電阻應(yīng)變片的粘貼工藝敏感元件（5）根據(jù)所選膠水類型和要求，將粘貼好的金屬電阻應(yīng)變片固化。（6）檢查粘貼效果，包括：金屬電阻應(yīng)變片和貼片位置中心線是否重合，粘貼面是否有氣泡，是否存在斷路、短路等。（7）在金屬電阻應(yīng)變片的引線附近粘貼好接線端子，同時在引線下面粘貼一層絕緣膠布，在引線焊接端去除絕緣層并涂上焊錫，將引線與敏感柵焊接牢固。焊接好引線后應(yīng)立即在金屬電阻應(yīng)變片的焊接端子處涂一層防護(hù)層，對其進(jìn)行防潮、防老化處理。金屬電阻應(yīng)變片的粘貼工藝敏感元件當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力的作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時，其電阻會相應(yīng)地發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器就是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)工作的。彈性元件在被測量（如力、力矩等）作用下發(fā)生形變，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，然后傳遞給與彈性元件相連的金屬電阻應(yīng)變片，引起金屬電阻應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，最后通過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出，電壓的大小反映了被測量的大小。2．工作原理敏感元件

物體在外力作用下會發(fā)生一定的形變，形變的程度稱為應(yīng)變。若金屬導(dǎo)體材料為圓截面，則其在直徑方向產(chǎn)生的應(yīng)變稱為徑向應(yīng)變（或橫向應(yīng)變），在軸向上產(chǎn)生的應(yīng)變稱為軸向應(yīng)變。測量電路電阻應(yīng)變式傳感器輸出電阻的變化非常小，一般為0.0005～0.1Ω。因此，為了精確測量出輸出電阻的微小變化，常用橋式電路（以下簡稱電橋）來實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，再對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大處理。根據(jù)使用電源的不同，電橋分為直流電橋和交流電橋兩類。測量電路

（1）直流電橋的平衡條件1．直流電橋測量電路

測量電路根據(jù)可變電阻器在電橋中分布方式的不同，電橋可分為單臂電橋、差動半橋和雙差動全橋3種形式，如下圖所示。測量電路

（2）電壓靈敏度

測量電路

在討論電橋的輸出特性時，用了的近似條件，才得出了輸出電壓與電阻的相對變化量呈線性關(guān)系。但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)過大而不能忽略時，電橋輸出電壓的非線性誤差就會比較大。測量電路

測量電路課堂討論請根據(jù)單臂電橋電壓靈敏度的推導(dǎo)過程，推導(dǎo)差動半橋和雙差動全橋的電壓靈敏度。測量電路人們在利用應(yīng)變式傳感器進(jìn)行測量時，總希望金屬電阻應(yīng)變片的電阻只與應(yīng)變線性相關(guān)，而不受其他因素的影響。但實(shí)際上，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，金屬電阻應(yīng)變片的電阻也會發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的誤差稱為溫度誤差。（3）溫度誤差與溫度補(bǔ)償測量電路溫度誤差產(chǎn)生的原因敏感柵具有一定的溫度系