电阻应变传感器的原理及应用设计开题报告

1. 研究目的与意义

电阻应变式传感器是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生形变，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换成电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

它的优点是精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化，整体化和品种多样化等。俗话说的好：金无足赤，人无完人。电阻应变式传感器当然也有其不足之处。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。我们可以了解到的常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。

通过学习研究电阻应变式传感器的原理，我们可以更好的了解到它的结构和性能特点，关注其在测量方面的应用，扬长避短，充分发挥电阻应变传感器在生活和科研领域的作用，使其更好地服务于社会和人民。

2. 国内外研究现状分析

国内情况：

中北大学理学院物理系杨艳、安盼龙等人在《物理与工程》期刊上发表的《电阻应变式传感器的研究》一文系统地介绍了电阻应变式传感器的组成原理及制作工艺，深入浅出地介绍了传感器由一种非电学量转化为电学量的详细过程，并用最小二乘法计算了单臂、半桥、全桥的性能参数，比较了三种电桥的优缺点。

国外情况：

3. 研究的基本内容与计划

1.学习传感器的基本原理，了解传感器通过何种原理感知外界信息，结合前置测量电路，如何转换输出具有对应关系的电信号，再经过放大、调制、a/d等信号处理电路，从而实现测量、传输和控制。

2.了解电阻式传感器的结构、种类、特点和工作原理，弄懂传感器电阻值变化与构成传感器材料本身的伸缩形变、泊松比等关系，与外界被测非电物理量（力、压力、位移、应变、速度、加速度等）对传感器如何造成应变，从而引起电阻值的变化，以及环境条件变化对传感器使用造成的影响。

3.设计由电桥电路组成的前置测量电路，制作演示硬件。

4. 研究创新点

本次课题主要是应用电阻应变片、电桥前置测量电路、电压表等装置制作一个演示硬件，通过不断试验，得出数据，观察与分析外界力的变化与传感器电阻值的变化之间的一些关系。其中电阻应变片和电桥电路是重要的组成分。

电阻应变片简称应变片，是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。所谓电阻应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。设有一根圆截面的金属丝，其原始阻值为，可以通过改变金属丝的长度l和横截面积s来改变阻值r。

应变片可以将应变转化为电阻的变化，为了显示与记录应变的大小，还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，因此，需要用专用的测量电路，通常用直流电桥和交流电桥。