傳感器與檢測技術知功能-電阻應變式傳感器識結構-電阻應變式傳感器析原理-電阻應變式傳感器力檢測-電阻應變式傳感器1、電阻應變式傳感器的功能

電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將力學量轉換為電信號的傳感器。

精度高、性能穩(wěn)定、測量范圍寬、可制成各種機械量傳感器，并且結構簡單、體積小、重量輕，可在超低溫、強振動、強磁場等惡劣環(huán)境下工作等特點。特點圖1幾種電阻應變式傳感器的外形圖（a）箔式壓力；（b）柱式；（c）懸臂梁式；（d）橋式；（e）輪輻式；（f）S形拉壓式。2、電阻應變式傳感器的結構（1）金屬箔式壓力傳感器采用了箔式應變片貼在合金鋼制作的彈性體上，具有精度高、溫度特性好等特點，適用于電子皮帶秤、配料秤。2、電阻應變式傳感器的結構（2）柱式傳感器柱式傳感器利用箔式應變片貼在合金鋼制作的圓柱彈性體終端較細的部位。這類傳感器結構簡單，加工容易，可拉、可壓或拉壓兩用，能承受較大的負載，具有長期穩(wěn)定性好、密封性好等特點。適用于地中衡、料斗秤、汽車衡、軌道衡等。（3）懸臂梁式傳感器將箔式應變片貼在合金鋼制作的彈性體的上下兩面，彈性體一端固定，一端加載，拉、壓均可。它具有精度高、密封性好、易安裝等特點，適于電子秤、料斗秤等小量程的稱重環(huán)境。（4）橋式傳感器橋式傳感器采用了箔式應變片貼在合金鋼彈性體上，具有精度高、長期穩(wěn)定性好、密封性好、抗偏載、抗扭曲、精度高等特點，適用于各種汽車衡、軌道衡、料斗秤等場合。2、電阻應變式傳感器的結構（5）輪輻式傳感器輪輻式傳感器采用輪輻式結構，抗偏抗側能力強，測量精度高，性能穩(wěn)定可靠，安裝方便，是大、中量程精度傳感器中的最佳形式，廣泛用于各種電子衡器和各種力值測量，如汽車衡、軌道衡、吊鉤秤、料斗秤。（6）S形拉壓式傳感器采用S形結構，由于其荷載的作用點和支撐點在同一軸線上，稱重時，利用其彎曲變形，產(chǎn)生信號。具有優(yōu)越的抗扭、抗側、抗偏載能力，輸出對稱性好，精度高，結構緊湊等特點。適用于配料秤、料斗秤、機電結合秤、吊鉤秤等。2、電阻應變式傳感器的結構金屬電阻應變片的結構，如圖所示，由敏感柵、基底、蓋片、引線和粘結劑組成。電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。金屬電阻應變片又分絲式、箔式和薄膜式等結構形式。2、電阻應變式傳感器的結構

電阻應變式傳感器是目前用于測量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。它是基于電阻應變效應制造的一種測量微小機械變量的傳感器。3、電阻應變式傳感器的工作原理

金屬導體或半導體受到外力作用時，不僅產(chǎn)生相應的應變(伸長或縮短)，而且電阻也將隨之發(fā)生變化。電阻應變效應3、電阻應變式傳感器的工作原理

當導體受力作用時，其長度L、截面積S、電阻率ρ發(fā)生相應的變化，則：

式中——電阻絲軸向相對伸長，稱軸向應變；——電阻絲徑向相對伸長，稱徑向應變。

根據(jù)材料力學原理，在彈性限度范圍內電阻絲的軸向應變和徑向應變存在的關系，則：

式中——材料的泊松系數(shù)，μ=0∽0.5。3、電阻應變式傳感器的工作原理靈敏系數(shù)當金屬材料確定后，應變片的電阻變化率取決于材料的幾何形狀變化，其靈敏度系數(shù)為:對于金屬材料，壓阻效應極小，即，則：3、電阻應變式傳感器的工作原理由半導體材料的壓電壓阻效應，得：對于半導體材料，由于則：

式中——材料的壓阻系數(shù)；——材料的彈性系數(shù)。則：靈敏系數(shù)為：3、電阻應變式傳感器的工作原理應變片測量應變的基本原理應變片直接感受的是應變或應力。測量時將應變片粘貼在彈性元件(試件)上，當外力作用在彈性元件(試件)上時，彈性元件被壓縮(或拉伸)，即產(chǎn)生微小的機械變形，粘貼在彈性元件上的應變片感受到應力F的作用，即：又由應變效應可知，應變片的應變ε與電阻值的相對變化dR/R成正比，所以，實現(xiàn)了對微小機械變量的測量。3、電阻應變式傳感器的工作原理

電阻應變片的靈敏度K=2，沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E=2×1011N/m2,泊松比μ=0.3。求鋼柱受10t拉力作用時，應變片電阻的相對變化量。又若應變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時，應變片電阻的相對變化量為多少？課堂練習13、電阻應變式傳感器的工作原理3.1測量轉換電路

電阻應變式傳感器是將被測量的變化轉換成傳感器元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電信號輸出。3、電阻應變式傳感器的工作原理當電橋各橋臂電阻滿足：直流電橋則電橋的輸出電壓為零，即電橋處于平衡狀態(tài)。1.工作原理3、電阻應變式傳感器的工作原理3.1測量轉換電路單臂電橋2.電橋連接方式初始條件為：R1=R2=R3=R4=R初始條件：R1=R2=R3=R4=R，且ΔR1=ΔR2=ΔR。（應變片的電阻變化大小相同而且方向相反——差動工作）差動半橋

總結：差動全橋工作方式的靈敏度最高，差動半橋次之，單臂電橋靈敏度最低。采用全橋(或差動半橋)還能實現(xiàn)溫度自補償。初始條件：R1=R2=R3=R4=R，且ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR。差動全橋

設電橋初始平衡，四臂工作，各臂應變電阻變化分別為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，全橋工作時可得輸出電壓：

有一直流應變電橋。其中R1=R2=R3=R4=120Ω，E=4V，試求：

(1)R1為金屬應變片，其余為外接電阻。當R1的增量為ΔR1=1.2Ω時，電橋輸出電壓UO為多少？(2)R1，R2都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓UO為多少？(3)題(2)中，如果R1與