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1、电阻式传感器（resistance type transducer）是指把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、热电阻和热敏电阻等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一,3.1 电阻应变式传感器,电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。通过一定的机械装置将被测量转化成弹性
2、元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。主要用来测量力、气体（液体）压力。电阻应变式传感器结构如图3-1所示，其测量的关键是基于物体的形变。,主要用途：可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。,3.1.1 基本工作原理,1弹性敏感元件 弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移，然后再由转换电路将应变或位移转换成电信号。弹性敏感元件是力传感器中一个关键性的部件，应具有良好的弹性、足够的精度，应保证长期使用和温度变化时的稳定性。 （1）弹性敏感元件
3、的特性参数 刚度 灵敏度 弹性滞后 弹性后效 （2）弹性敏感元件的分类 变换力的弹性敏感元件, 变换压力的弹性敏感元件,2电阻应变片原理 （1）金属应变片结构,（2）电阻应变片测试原理,3电阻应变片主要特性 （1）灵敏系数 （2）横向效应 （3）温度效应 环境温度变化t时，由于敏感栅材料的电阻温度系数_(t )的存在，引起电阻相对变化 (R/R)_1=_(t )t 3-4 环境温度变化t时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长（或压缩），引起电阻的相对变化。 (R/R)_2=k(_g-_s)t 3-5 由温度引起的总的电阻变化量为： R/R=(R/R)_1+(R/R)_2=
4、_(t )t+k(_g-_s)t 3-6 进行温度补偿的实质就是消除虚假应变对测量应变的干扰，应变片的温度补偿方法通常有两种，即桥路补偿和应变片自补偿。,自补偿 桥路补偿, 调零电路,3.1.2 典型元件,应变式传感器包括两个主要部分：一个是弹性敏感元件亦称弹性体，利用它把被测的物理量（如力、扭矩、压力、加速度等）转换为弹性体的应变值；另一个是应变片，它作为传感元件，将应变转换为电阻值的变化。 按照用途不同，应变式传感器可以分为应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式加速度传感器等。,1应变式测力传感器,2应变式加速度传感器,3应变式压力传感器 应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静
5、态压力，如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力、 枪管及炮管内部的压力、内燃机管道的压力等。应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。,3.1.3 典型电路设计举例,1应变式电阻式电子秤 用于测量物体质量的电子装置，称为电子称。如图所示3-17所示,2导电式水位传感器,3.2 热电阻与热电偶,3.2.1基本工作原理,1热电阻 （1）热电阻工作原理 热电阻主要是利用金属材料的阻值随温度升高而增大的特性来测量温度的。温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大，宏观上表现出电阻率变大，总电阻值增加。 热电阻传感器主要用于中、低温度（-
6、200650或850）范围的温度测量。常用的工业标准化热电阻有铂热电阻、铜热电阻和镍热电阻。 （2）热电阻传感器的结构,2热电偶,热电偶作为温度传感器，测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度值。它广泛用来测量-2702800范围内的温度，具有结构简单，价格便宜，准确度高，热惯性小，响应速度快，测温范围广等特点。由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大，变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。因此热电偶在温度测量中占有很重要的地位。 （1）热电偶工作原理,（2）热电偶基本定律,（3）热电偶冷端的温度补偿,冷端温度修正法 将冷端置于其他恒温器内，使之保持温
7、度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。利用中间温度定律即可求出测量端相对于0的热电势。此方法在热电偶与动圈式仪表配套使用时特别实用。,补偿导线法,（4）热电偶测温线路,3.2.2 典型元件,1铂热电阻 2铜热电阻 3镍热电阻 4常用热电偶 5铠装热电偶 6薄膜热电偶,3.2.3 典型电路设计举例,1铂热电阻的测温应用,2热电偶测控应用,3热电偶用于管道内温度的测量,3.3 热敏电阻,3.3.1基本工作原理,1热敏电阻测温原理 与其他温度传感器相比，热敏电阻温度系数大，灵敏度高，响应迅速，测量线路简单，有些型号的传感器不用放大器就能输出几伏的电压，体积小，寿命长，价格便宜。由于本身阻值较大，
8、因此可以不必考虑导线带来的误差，适于远距离的测量和控制。在需要耐湿、耐酸、耐碱、耐热冲击、耐振动的场合可靠性较高。它的缺点是非线性较严重，在电路上要进行线性补偿，互换性较差。热敏电阻主要用于点温度、小温差温度的测量；远距离、多点测量与控制；温度补偿和电路的自动调节等。测温范围为-50450。如下图所示表示出了热敏电阻的温度电阻特性，只要能够测量到电阻值就可以通过该曲线得到对应温度值。,3.3.2 典型元件,1通用型热敏电阻器 2热响应热敏电阻 3高温热敏电阻,3.3.3 典型电路设计举例,1热敏电阻测温,2热敏电阻用于温度补偿 热敏电阻可在一定范围内对某些元件进行温度补偿。例如，由铜线绕制而成
9、的动圈式仪表表头中的动圈，当温度升高时，电阻增大，引起测量误差。如果在动圈回路中串接负温度系数的热敏电阻，则可以抵消由于温度变化所产生的测量误差。 3 热敏电阻用于温度控制 在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻常用于温度控制。如图3-37所示为负温度系数热敏电阻在电冰箱温度控制中的应用。,习 题,1 电阻应变片阻值为120，灵敏系数K2，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材的E=21011N/m2，=0.3。求钢柱受10t拉力作用时，应变片的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴、受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？ 2有一额定负荷为2t的圆筒
10、荷重传感器，在不承载时，四片应变片阻值均为120，传感器灵敏度为0.82mV/V，应变片的K2，圆筒材料的=0.3，电桥电源电压Ui=2V，当承载为0.5t时（R1、R3沿轴向粘贴，R2、R4沿圆周方向粘贴），求：（1）R1、R3的阻值；（2）R2、R4的阻值；（3）电桥输出电压Uo；（4）每片应变片功耗PW。 3有一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图1所示。R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。已知等截面轴的截面积为0.00196m2，弹性模量E为2.01011N/m2，泊松比为0.30。R1、R2、R3、R4标称阻值均为120，灵敏度为2.0，他们组合桥如图b所示，桥路电压为2V，测得输出电压为2.6mV。求： 1）等截面轴的纵向及横向应变。 2）重物m有多少吨？,
