电阻应变传感器原理与应用

"应变效应的应用-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第二章，第1节电阻传感器）" 本章内容主要围绕电阻传感器展开，特别是聚焦于应变效应及其在传感器中的应用。应变效应是指当导体或半导体受到外力作用时，会发生机械变形，导致其电阻值发生变化的现象。这一效应被广泛应用于制作电阻应变传感器，通过测量电阻变化来间接测量施加的力或应变。 电阻应变片是应变传感器的核心组件，通常由电阻丝、弹性元件和测量转换电桥电路组成。当应变片受到力的作用时，其长度增加，直径减小，使得电阻值增大。这种变化可以通过电桥电路进行放大并转化为电信号，从而实现对力、压力等物理量的精确测量。 应变片的种类主要包括金属应变片和半导体应变片。金属应变片，如铜或镍铬合金制成的电阻丝，受力后电阻变化明显；而半导体应变片，如硅材料，由于压阻效应，其电阻变化更为显著，且灵敏度、非线性及温度漂移特性也有所不同。例如，N型硅在受拉时电阻降低，而P型硅则相反。 测量转换电路，尤其是非平衡电桥，对于传感器的性能至关重要。电桥可以补偿温度变化对电阻的影响，并实现零点校准，确保测量结果的准确性。此外，电桥的非线性特性可通过适当的电路设计和补偿技术得到改善。 应用方面，应变效应传感器被广泛用于荷重传感器（如电子秤）、扭矩测量、压阻式固态压力传感器（如压力表）、测温热电阻、气敏电阻、湿敏电阻等各类环境和状态监测设备。例如，压阻式固态压力传感器利用压力导致的硅片应变来改变电阻，从而测量压力值。投入式液位计则是利用压阻效应测量液体的液位高度。 总结，电阻应变传感器通过应变效应将机械信号转换为电信号，是现代自动检测和工业自动化领域不可或缺的技术。其工作原理、电路设计和广泛应用展示了物理效应如何转化为实用的测量工具，服务于科学研究和日常生活的各个领域。