《电阻应变式传感器》.ppt

电阻应变式传感器被测量应变()电阻变化(R)电阻应变片传感器：由弹性元件、电阻应变片和其它附件组成，当弹性元件变形时，粘贴其上的电阻应变片随之变形，并把变形转化为电阻的变化。
一、虎克定律和泊松定律金属应变片的电阻R为金属丝：设dL/L=ε则金属电阻应变片的结构，如图2-2所示，则敏感栅基底,盖
片,引线和粘结剂组成。1）丝式应变片,=0.012～0.05mm金属细丝绕成栅状,栅长
l=0.2，0.5，1.0，100，200mm等。
2）箔式应变片,由厚度为0.003～0.01mm的金属箔片制成各
种图形的敏感栅,亦称应变花,如图2-4所示。。

图2-4箔式电阻应变片

3)金属薄膜应变片1.应变片的电阻值(R0)
应变片不受外力作用情况下,于室温条件测定的电阻值(原
始电阻值),已标准化.主要有60,120,350,600,1000等各种规
格。
2.绝缘电阻
敏感栅与基底之间电阻值,一般应大于1010。
3.允许电流
指不因电流产生的热量影响测量精度，应变片允许通过的
最大电流。
静态测量时，允许电流一般为25mA；
动态测量时，允许电流可达75～100mA。
4.灵敏系数(K)横向效应：将金属丝绕成敏感栅构成应变片后，在轴向单向应力作用下，由于敏感栅“横栅段”（圆弧或直线）上的应变状态不同于敏感栅“直线段”上的应变，使应变片敏感栅的电阻变化较相同长度直线金属丝在单向应力作用下的电阻变化小，因此，灵敏系数有所降低，这种现象称为应变片的横向效应。
如图2-5所示。将应变片粘贴在受单向拉伸应力试件时，其电阻相对变化
可表示为

(2-8)
当y=0时，可得轴向灵敏系数

(2-9)
当x=0时，可得横向灵敏系数

(2-10)
横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向效应系数
H，H=Ky/Kx由此式（2-8）可写为
(2-11)2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器

电桥的平衡条件为：
2.1金属电阻应变式传感器（1）单臂工作电桥，设R1=R，R2=R3=R4=0，则

（2-39）

线性输出

非线性误差
（2-40）半桥差动：R1=﹣R2=R,R3=R4=0，如图2-14(a)所示,

(2-41)
全桥差动：R1=﹣R2=﹣R3=R4=R，如图2-14(b)所示,
(2-42)2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器2.1金属电阻应变式传感器弹性敏感元件+电阻应变片电阻应变式传感器

2.1.3.1电阻应变式力传感器
1．柱（筒）式力传感器
图2-17为柱（筒）式力传感器，弹性敏感元件为实心或空
心的柱体（截面积为S，材料弹性模量为E），当柱体轴向
受拉（压）力F作用时，在弹性范围内，应力与应变成正
比关系
=E

图2-17中作用力F在各应变片上产生的应变分别为
1=+t=2=3=4
5=+t=6=7=8
式中，—柱体材料的泊松比；t—温度t所引起的附加应变；—柱体在F作用下的轴向应变（=F/SE）。
全桥接法的总应变0为
0=2(1+)(2-46)
电桥的输出电压为

从而得到被测力F为

（2-47）
地磅称一般采用柱式力传感器。

汽车衡示意图如图2-18所示，当力F作用在弹性悬臂梁自由端时，悬臂
梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相
等，极性相反，若分别粘贴应变片R1、R4和R2、R3，并接
成差动电桥，则电桥输出电压Uo与力F成正比。(1)等截面梁(图2-18（a）)

1=4=x，2=3=x，则

被测力F为
如图2-20所示

图2-20薄壁圆环式力传感器示意图在距离中间加力部位为lx的截面上的弯矩为
在lx截面处的上、下表面应变为

（2-52）

按图2-21粘贴应变片并接成全桥差动电路，则电桥输出指
示的总应变与外力F的关系为

电桥输出电压为

图2-22轴弹性元件式测力传感器

应变片的粘贴方式和测量电桥的连接如图2-22所示，当弹
性轴剪切力作用时，应变片R1、R3受拉应力，R2、R4受压应力，其应变为
(实心轴)（2-54）

(空心轴)（2-54）

式中，D—轴外径（mm）；d—轴内径（mm）；M—扭矩
（N·m）；μ—轴材料泊松比；E—轴材料弹性模量。
电桥输出电压
Uo=UiK（2-55）1．筒式压力传感器

图2-23筒式压力传感器如图2-23所示，被测流体压力p作用于筒体内部，沿筒周向贴应变片，感受应变为

式中，