1、机电类 自动检测技术及应用 多媒体课件 （共 13章，第二章， 第 1节 ） 统一书号： ISBN 978-7-111-34300-4 课程配套网站 www.sensor- 或 2012年 7月版 第二章 电阻传感器 本章介绍各种 电阻式传感器的原理及应用，包括： 应变效应 、 电阻应变片 、非平衡电桥、压阻传感器、 测温热电阻、 气敏电阻 、 湿敏电阻、 防爆传感器 等 。本段课件介绍 第二章的第一节（电阻应变传感器） 的内容。包括：应变片工作原理、应变片的种类、结构与粘贴 、应变片的测量转换电路 、应变效应的应用、 荷重传感器 、扭矩、 压阻式固态压力传感器 等。 应变效应及应变片 应变
2、片的测量转换电路 应变效应的应用 压阻式固态压力传感器 第二章 ,第一节应变传感器 目录 进入 进入 进入 进入 第一节 电阻应变传感器 导体或半导体材料在 外界力 的作用下，会 产生机械变形 ，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为 应变效应 。 电阻应变传感器主要由 电阻应变片 、弹性元件 及 测量转换电桥电路 等组成 。 介绍 应变效应 、应变片的基本原理和分类，非平衡电桥的特点、调零及温度补偿 ， 荷重传感器、汽车衡 、 力矩传感器 ， 压阻式固态压力传感器 ，投入式液位计等。 应变原理演示 2llRAr 金属丝受拉时， l 变长、 r 变小，导致 R变大 。 一、应变片的工作原理 1
3、拉伸前 2拉伸后 电阻丝受拉后，长度增加，直径变小，电阻变大。 2 rlAlR 应变片的结构 1引出线 2覆盖层 3基底 4电阻丝 l ：应变片的工作基长， b ：应变片基宽 ， b l：应变片的有效使用面积。 金属丝受拉后的电阻变化 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及 相对变化 可表示为 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 。 当 金属丝受拉 时 ,l 将增加 、 r 变小 ， 均导致 R变大 。 2R l rR l r 2 rlAlR 半导体受拉
4、后的电阻变化 某些片状 半导体受拉或受压 时 ， (/)/x(称为压阻系数 )有较大的变化 , 导致半导体的体电阻 R变大或变小 ,称为压阻效应 。 具有较大的灵敏度 、 非线性和温漂 。 电阻 相对变化 为： 式中： sR EKR 1 0 050 EK s 晶体 导电类型 电阻率（ .m) 11 12 44 Si P N 7.8 11.7 +6.6 -102.2 -1.1 +53.4 +138 -13.6 受拉时， N型硅的灵敏度 Ks是负的，而 P型硅的 Ks是正的。不同的切片方向的 Ks也有所不同，见下表。 P型硅的 14方 向切片的灵敏度较高，约为金属的 70倍。 应变片的电阻相对变化量与力的关系 应变片中的电阻丝的电阻相对变化量 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 x =F/(AE） ， 设 K为灵敏度 ， 金属材料的面积为 A，弹性模量 为 E， 则 R/R又可表示为 设应变片 牢固粘贴在被测试件上 ， 与试件有相同的轴向应变及径向应变 ， 应变片的灵敏度 K、 试件的横截面积 A以及材料的弹性模量 E均为已知 ， 则只要设法测出应变片的 R/R值 ， 即可获知试件受力 的大小。 依此原理 ， 可用于 测量拉力 和物体的 称重 等 。 = xRFKKR A E
