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3.5压力传感器实验

3.5.1实验目的

1．了解压力传感器的基本工作原理。

2．掌握简易电子秤的结构、电路原理及调试方法。

3.5.2实训设备与器件

1．STM32核心板模块

2．压力传感器模块

3．智能显示终端模块

4．杜邦线2P的一根

5．万用表

3.5.3实训原理

1.应变片压力传感器原理与应用

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感

器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传

感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有

极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片

是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变

传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体

应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将

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应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应

力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在

电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这

种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电

路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构如图3.5.1所示。电阻应变片的结构示意图，它

由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同

的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值

太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环

境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。

而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千

欧左右。

图3.5.1金属电阻应变片的内部结构

2.电阻应变片的工作原理

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产

生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

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式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω。cm2/m）

S——导体的截面积（cm2）

L——导体的长度（m）

(阻值)R=ρ*L/S

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会

发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力

作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力

作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变

化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。

3.电路原理

电阻应变式压力传感器的核心是电阻应变片，内部利用电阻应变片组成电桥

形式（如