传感器详解—电阻应变式传感器

1、原理

电阻应变式传感器是使用范围非常普遍的一类传感器，原理是利用电阻应变片在受力后的应变效应，将应变片的的应变转换为电阻变化的传感器。
有点拗口是吧，其实理解了应变效应就明白了。应变效应是电阻应变片的工作原理，是指导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化。一般应力值的变化与应变片的应变值成正比，应变值又与电阻值变化成正比，也就是应力值增大，电阻值也相应变大。

2、应用：

电阻应变式传感器的应用一般是在检测受力变化的场景下的。举几个例子：
1、柱（筒）式力传感器：应用在电子秤和测力机的测力元件上、发动机推力测试、水坝荷载监测等；
2、应变式压力传感器：流动介质的动态和静态压力，比如气流或者水流在管道内的压力监测；
3、应变式容器内液体重量传感器：监测液体重量；
4、应变式加速度传感器：检测加速度大小（原理是当物体以加速度a运动时，其质量块受到相反的惯性力作用，通过传感器检测惯性力即可）；
5、电子皮带秤上的力敏应变片。

3、结构：

金属电阻应变片的结构由敏感栅、基片、覆盖层和引线等构成。

敏感栅是应变片的核心，有丝式和箔式两种。目前市场上使用最广泛的应变丝材料是康铜，康铜的灵敏系数稳定性好、电阻温度系数较小且稳定，而且加工性能好，易于焊接。
基片和覆盖层将敏感栅夹在中间，主要是对敏感栅形状的固定、绝缘和保护，其中基片还负责将被测体的应变传递到敏感栅，所以基片都很薄，一般在0.03-0.06（mm）之间。
除了上述材料外，在测量时，需要将应变片粘贴到被测件上，粘接剂胶层必须准确地将被测件的应变传递到敏感栅上，因此对粘接剂的选择也是需要注意。

4、测量过程中的温度补偿：

在现实测量时，会受到外界环境的干扰，尤其是温度，在不同温度下测出的特性曲线可能会不一致，为了尽可能减少温度的干扰，就需要有温度补偿方案。
一般有电桥补偿和自补偿两种，电桥补偿是最常用且效果最好的补偿方式。基本原理是用一样的补偿应变片粘贴到与被测件完全一样的补偿块上做参照，在同样温度条件下，被测件受力、补偿块不受力，对比后，测出的数值基本就只与应变有关了。自补偿法是直接选择自身具有温度补偿作用的应变片来补偿。
需要注意的是智能传感器是直接根据芯片中设置的补偿值来实现自动补偿（智能传感器后面文章会讲到）。

5、专用测量电路

另外，机械的应变一般都很小，要把微小应变引起的电阻变化测量出来，需要有专用的测量电路。专用测量电路也是有直流电桥和交流电桥两种方案，不过应变电桥输出的电压很小，需要做放大处理。直流放大器容易产生零漂，因此在测量电路上大多采用交流电桥。