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應(yīng)變式電阻傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。傳感器由在彈性敏感元件上粘貼電阻應(yīng)變片(計(jì))構(gòu)成。當(dāng)彈性敏感元件受到外作用力、力矩、壓力、位移、加速度等作用時(shí)，彈性敏感元件將產(chǎn)生位移、應(yīng)力和應(yīng)變，電阻應(yīng)變片再將其轉(zhuǎn)換成電阻變化，后通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出，電量變化反映了被測(cè)物理量的大小。應(yīng)變式電阻傳感器有金屬絲式、金屬箔式、薄膜式和半導(dǎo)體式等幾種，但往往將半導(dǎo)體式應(yīng)變傳感器作為壓阻式傳感器進(jìn)行專門敘述。應(yīng)變式電阻傳感器性能穩(wěn)定、精度較高、應(yīng)用廣泛、歷史悠久，至今仍在不斷地改進(jìn)和發(fā)展中，并可作為高精度傳感器，應(yīng)變式電阻傳感器的主要缺點(diǎn)是應(yīng)變片的靈敏度低。

2．2．1工作原理

電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體在產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，它的電阻 值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。如圖2．10所示，一根圓形金屬電阻絲，在其未受力時(shí)，初始電 阻值為

R=ρ?L

S (2.25)

式中，ρ——電阻絲的電阻率；

L——電阻絲的長度；

S——電阻絲的橫截面積。

當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí)，將伸長△L，橫截面積相應(yīng)減小△S，電阻率將因晶格發(fā)生變形等原因從而改變△ρ，故引起電阻值相對(duì)變化量為

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電位器是人們經(jīng)常用到的一種電子元件，把它作為傳感器可以將機(jī)械位移或其他能轉(zhuǎn)換為位移的非電量轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起輸出電壓的變化。由于電位器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、價(jià)格便宜、精度較高(可達(dá)0．1％或更高)、性能穩(wěn)定、輸出信號(hào)大、受環(huán)境(如溫度、濕度、電磁場(chǎng)干擾等)影響較小，且可實(shí)現(xiàn)線性的或任意函數(shù)的變換，因而在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制中有著廣泛的用途，它可以用來測(cè)量位移、壓力、加速度和高度等物理量。由于電位器滑動(dòng)觸頭與線繞電阻或電阻膜之間存在摩擦及磨損，因此其可靠性較差，分辨率較低，動(dòng)態(tài)特性不好，干擾(噪聲)大，常用于靜態(tài)和緩變量的檢測(cè)，一般要求有較大的輸人能量。

線繞電位器是常用的電位器式傳感器，它由繞于骨架上的電阻絲線圈和沿電位器移動(dòng)的滑臂以及其上的電刷組成。線繞電位器根據(jù)需要可制成線性的和非線性的，線性線繞電位器的骨架截面應(yīng)處處相等，由材料和截面均勻的電阻絲等節(jié)距繞制而成。

所示為電位器式傳感器原理圖。如果把它作為變阻器使用，假定全長為xmax 的電位器總電阻為Rmax，電阻沿長度均勻分布，當(dāng)滑臂由A向B移動(dòng)x后，A點(diǎn)到電刷間的阻值為

Rx xxmaxRmax （2.1）

若把它當(dāng)作分壓器使用，假定加在電位器A、B之間的電壓為Umax，則空載輸出電壓為Ux=xxmaxUmax （2.2）

電位器的輸出端不接負(fù)載或負(fù)載為無窮大時(shí)的輸出電壓為空載輸出電壓，由式(2．2)可以看出，線性電位器的理想空載特性具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。

所示為線性電位器式角度傳感器。作變阻器使用時(shí)，電阻Rα與角度α的關(guān)系為

Rα=αRmax （2.3） αmax

作分壓器使用時(shí)，空載輸出電壓Uα與角度α的關(guān)系為

Uα=αUmax （2.4） αmax

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