电阻应变式传感器基本原理

 1、电阻应变式传感器定义

GB/T7551-2008《称重传感器》是这样定义的：

考虑了使用地的重力加速度与空气浮力影响之后，通过把被测量（质量）转换成另一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。

那么按照称重传感器的定义，对应的电阻应变式传感器的定义应该为：

考虑了使用地的重力加速度与空气浮力影响之后，通过把被测量（质量或力）转换成另一种被测量（输出）来测量质量或力的传感器。

这样的定义自然是严谨，无漏洞，但这种《辞海》般的解释，不知大家看完后是否能真正明白。譬如给没见过猫的人介绍猫是什么。若我们死板的说猫是一种动物界脊索门哺乳纲食肉目猫科猫属的一种动物，即使是把界门纲目科属完完整整介绍一遍，相信我们的听众还是不会明白猫是什么。因此，我们抛开权威的《辞海》般的定义，综合电阻应变式传感器的结构、特点、原理、作用，使用等方面提炼出一条较**的电阻应变式传感器定义：

电阻应变式传感器是一种用金属弹性体作为弹性元件通过粘贴在弹性体敏感部位的电阻应变计组成惠斯通电桥，并在外加电源的激励下可以将力转换为电信号的测量装置。

2、电阻应变式传感器基本构成

电阻应变式传感器主要由弹性体、应变计、惠斯通电路、补偿电路、电缆线、胶粘剂和密封材料等几部分组成

3、电阻应变计基本结构

4、电阻应变式传感器基本原理

（1）电阻应变计原理

    将电阻应变计安装（如粘贴）在被测构件表面上，构件受力而变形时，电阻应变计的敏感栅随之产生相同应变，其电阻值发生变化。因此电阻应变计的主要性能与敏感栅的电阻应变效应有关。

电阻应变效应即导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化。

图二 敏感栅金属丝受外力变形示意图

如图二所示取出和应变计敏感栅材料相同的金属丝进行分析。

外力F加载前金属丝电阻值为：
    
       外力F加载后金属丝电阻值变化量为：
          
       金属丝受拉（F>0）,阻值增大，金属丝受压（F<0）,阻值减小。

这样就实现了力到阻值的转变。

（2）惠斯通桥路原理

从上式可以看出当有激励电压时（即U≠0时），=0的条件是

  =0即

也就是说理想状态下当时，惠斯通电桥处在平衡状态。给传感器加载，若应变计及受拉，则应变计及就会受压；若应变计及受压，则应变计及就会受拉；必然出现或的情况，这样就打破了惠斯通电桥的平衡，使输出端电压≠0。

加载载荷越大，应变计应变越大，阻值变化也越大，电桥也就更大。惠斯通桥路正是靠该原理实现了力到电信号的转变。