電阻應變式傳感器基本原理

1、電阻應變式傳感器定義

GB/T7551-2008《稱重傳感器》是這樣定義的：

考慮了使用地的重力加速度與空氣浮力影響之后，通過把被測量（質量）轉換成另一種被測量（輸出）來測量質量的力傳感器。

那么按照稱重傳感器的定義，對應的電阻應變式傳感器的定義應該為：

考慮了使用地的重力加速度與空氣浮力影響之后，通過把被測量（質量或力）轉換成另一種被測量（輸出）來測量質量或力的傳感器。

這樣的定義自然是嚴謹，無漏洞，但這種《辭海》般的解釋，不知大家看完后是否能真正明白。譬如給沒見過貓的人介紹貓是什么。若我們死板的說貓是一種動物界脊索門哺乳綱食肉目貓科貓屬的一種動物，即使是把界門綱目科屬完完整整介紹一遍，相信我們的聽眾還是不會明白貓是什么。因此，我們拋開權威的《辭海》般的定義，綜合電阻應變式傳感器的結構、特點、原理、作用，使用等方面提煉出一條較**的電阻應變式傳感器定義：

電阻應變式傳感器是一種用金屬彈性體作為彈性元件通過粘貼在彈性體敏感部位的電阻應變計組成惠斯通電橋，并在外加電源的激勵下可以將力轉換為電信號的測量裝置。

2、電阻應變式傳感器基本構成

電阻應變式傳感器主要由彈性體、應變計、惠斯通電路、補償電路、電纜線、膠粘劑和密封材料等幾部分組成

3、電阻應變計基本結構

l——絲柵長         b——絲柵寬
圖一 電阻應變計基本結構

4、電阻應變式傳感器基本原理
（1）電阻應變計原理
將電阻應變計安裝（如粘貼）在被測構件表面上，構件受力而變形時，電阻應變計的敏感柵隨之產生相同應變，其電阻值發生變化。因此電阻應變計的主要性能與敏感柵的電阻應變效應有關。
電阻應變效應即導體或半導體材料在外界力作用下產生機械變形時，其電阻值相應發生變化。

圖二 敏感柵金屬絲受外力變形示意圖
如圖二所示取出和應變計敏感柵材料相同的金屬絲進行分析。
外力F加載前金屬絲電阻值為：

外力F加載后金屬絲電阻值變化量為：

金屬絲受拉（F>0）,阻值增大，金屬絲受壓（F<0）,阻值減小。

這樣就實現了力到阻值的轉變。

（2）惠斯通橋路原理

圖三  惠斯通電橋示意圖
從圖三可以得出：

也就是說理想狀態下當時，惠斯通電橋處在平衡狀態。給傳感器加載，若應變計及受拉，則應變計及就會受壓；若應變計及受壓，則應變計及就會受拉；必然出現或的情況，這樣就打破了惠斯通電橋的平衡，使輸出端電壓≠0。

加載載荷越大，應變計應變越大，阻值變化也越大，電橋也就更大。惠斯通橋路正是靠該原理實現了力到電信號的轉變。