傳感器原理電阻應變式傳感器第1頁，課件共60頁，創作于2023年2月導體或半導體材料在外界力的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發生變化，這種現象稱為應變效應。一、應變效應第2頁，課件共60頁，創作于2023年2月

電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是一種電阻傳感器，它主要由①彈性敏感元件、②電阻應變片③測量轉換電路組成。利用電阻應變式傳感器可以測量力、位移、形變、加速度等參數。第3頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖2-3電子秤中的應變式電阻傳感器第4頁，課件共60頁，創作于2023年2月一、彈性敏感元件彈性敏感元件是一種在力的作用下產生變形，當力消失后能恢復成原來狀態的元件，是電阻式傳感器的敏感元件。它通過與被測物件接觸，能直接感受到被測的量的變化。因而在傳感器中占有非常重要的地位，其質量的優劣直接影響應變式電阻傳感器的性能和測量精度。第5頁，課件共60頁，創作于2023年2月1．力敏感元件力彈性敏感元件大都采用等截面柱式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結構。圖所示為幾種常見的力敏感元件。圖幾種常見的力敏感元件第6頁，課件共60頁，創作于2023年2月2．壓力敏感元件常見的壓力彈性敏感元件有彈簧管、波紋管、膜盒、薄壁半球和薄壁圓管等。壓力敏感元件可以把液體或氣體產生的壓力轉換為位移量輸出。下圖所示為幾種常見的壓力彈性敏感元件。第7頁，課件共60頁，創作于2023年2月

認識幾個彈性敏感元件金屬波紋管

第8頁，課件共60頁，創作于2023年2月第9頁，課件共60頁，創作于2023年2月

金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大。第10頁，課件共60頁，創作于2023年2月二、電阻應變式傳感器--應變片電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發生變化的現象。第11頁，課件共60頁，創作于2023年2月1.電阻應變片的結構圖2-4電阻應變片的結構第12頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變片用于測量力F的計算公式：當沿金屬絲的長度方向施加均勻力時，上式中ρ、r、l都將發生變化，導致電阻值發生變化。實驗證明，電阻應變片的電阻應變εR=△R/R與電阻應變片的縱向應變εx的關系在很大范圍內是線性的，即第13頁，課件共60頁，創作于2023年2月對于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對半導體材料而言，由于其感受到應變時，電阻率會產生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。在材料力學中，x稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變，是量綱為1的數。x通常很小，常用10-6表示之。例如，當x為0.000001時，在工程中常表示為110-6或m/m。在應變測量中，也常將之稱為微應變(με)。對金屬材料而言，當它受力之后所產生的軸向應變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過材料的極限強度而導致斷裂。第14頁，課件共60頁，創作于2023年2月2、結構類型與粘貼金屬應變片半導體應變片金屬絲式箔式薄膜式1）結構類型第15頁，課件共60頁，創作于2023年2月lbl稱應變片的標距或工作基長b稱應變片的工作寬度b*l稱應變片的規格（1）金屬絲式第16頁，課件共60頁，創作于2023年2月金屬絲式應變片的內部結構第17頁，課件共60頁，創作于2023年2月（2）箔式通過光刻、腐蝕而成，散熱條件好，電流密度高，靈敏度高，可制成任意形狀。第18頁，課件共60頁，創作于2023年2月箔式應變片的外形第19頁，課件共60頁，創作于2023年2月（3）薄膜式真空蒸鍍技術制成，特點同上。第20頁，課件共60頁，創作于2023年2月（4）半導體應變片半導體應變片外形第21頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變片主要性能指標舉例第22頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變片粘貼演示2）應變片的粘貼第23頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變片的檢查與選擇試件的表面處理底層處理貼片固化粘貼質量檢查引線焊接與組橋連線步驟：第24頁，課件共60頁，創作于2023年2月三、應變式電阻傳感器的測量電路

1．電源接入方式惠斯登電橋電路按照所提供電源的不同分為直流電橋和交流電橋兩種形式，其接入方式如圖所示。電源接入方式第25頁，課件共60頁，創作于2023年2月2．應變片接入方式圖：應變片的三種接入方式第26頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖：應變式電阻傳感器的實際電路第27頁，課件共60頁，創作于2023年2月a.電橋輸出電壓與應變成線性關系。b.若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不一致時，則輸出電壓為兩者之和。c.若相對橋臂的應變極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之為兩者之差。討論(一)電橋的主要特性第28頁，課件共60頁，創作于2023年2月上述三種工作方中:全橋四臂靈敏度最高，雙臂半橋靈敏度次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現溫度自補償。第29頁，課件共60頁，創作于2023年2月四、溫度補償1、補償塊補償法ΔR1ε——試件受力后應變片R1產生的電阻增量；ΔR1t、ΔR2t——由溫度變化引起的R1、R2的電阻增量。補償塊溫度補償示意圖1—試件2—補償塊第30頁，課件共60頁，創作于2023年2月當環境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起的電阻值漂移數值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較小；半橋也同樣能克服溫漂。2、橋路自補償第31頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變效應的應用十分廣泛。它可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應變片的應用可分為兩大類：第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉換電路，這樣就構成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應變片，測量轉換電路一般為橋路；第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。

五、應用第32頁，課件共60頁，創作于2023年2月材料應變的測量第33頁，課件共60頁，創作于2023年2月案例：橋梁固有頻率測量第34頁，課件共60頁，創作于2023年2月測力演示動畫1、力和扭矩第35頁，課件共60頁，創作于2023年2月稱重計第36頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變式力傳感器FFFF第37頁，課件共60頁，創作于2023年2月各種懸臂梁

第38頁，課件共60頁，創作于2023年2月各種懸臂梁

FF固定點固定點電纜第39頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置FR1R2R4第40頁，課件共60頁，創作于2023年2月汽車衡第41頁，課件共60頁，創作于2023年2月汽車衡（以下參考北京遠亞興業商貿有限公司資料）第42頁，課件共60頁，創作于2023年2月汽車衡稱重系統第43頁，課件共60頁，創作于2023年2月電子秤

磅秤超市打印秤遠距離顯示第44頁，課件共60頁，創作于2023年2月電子天平電子天平的精度可達十萬分之一第45頁，課件共60頁，創作于2023年2月人體秤

第46頁，課件共60頁，創作于2023年2月吊鉤秤

便攜式第47頁，課件共60頁，創作于2023年2月應變式數顯扭矩扳手

用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。第48頁，課件共60頁，創作于2023年2月壓力測量演示2、壓力第49頁，課件共60頁，創作于2023年2月第50頁，課件共60頁，創作于2023年2月案例：沖床生產記數和生產過程監測第51頁，課件共60頁，創作于2023年2月案例：沖床生產記數和生產過程監測第52頁，課件共60頁，創作于2023年2月案例：機器人握力測量第53頁，課件共60頁，創作于2023年2月小型壓阻式固態壓力傳感器高壓進氣口低壓進氣口絕對壓力傳感器第54頁，課件共60頁，創作于2023年2月小型壓阻式固態壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設備中用的壓力傳感器p1進氣管p2進氣管固態壓力傳感器第55頁，課件共60頁，創作于2023年2月小型壓阻式固態壓力傳感器表壓壓力傳感器p1進氣管第56頁，課件共60頁，創作于2023年2月投入式液位計

壓阻式固態壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。第