電阻式傳感器的基本原理將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。其類型很多，常用來測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、扭矩、加速度等，是目前使用最廣泛的傳感器之一。
電阻式傳感器中的傳感元件有應(yīng)變片、半導(dǎo)體膜片、電位器等。由它們分別制成了應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、電位器式傳感器等。本節(jié)是重點(diǎn)。
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應(yīng)變式傳感器基本上是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用方便，性能穩(wěn)定可靠，分辨率高，靈敏度高，價(jià)格又便宜，工藝較成熟。因此在航空航天、機(jī)械、化工、建筑、醫(yī)學(xué)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有很廣的應(yīng)用。
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一.工作原理
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（一）金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)
當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。
設(shè)有一段長(zhǎng)為l，截面積為A，電阻率為ρ的導(dǎo)體(如金屬絲)，它具有的電阻為：
?
當(dāng)它受到軸向力F而被拉伸(或壓縮)時(shí)，其l、A和ρ均發(fā)生變化，如圖2-1所示，因而導(dǎo)體的電阻隨之發(fā)生變化。通過對(duì)式(2-1)兩邊取對(duì)數(shù)后再作微分，即可求得其電阻相對(duì)變化：
式中
——材料的軸向線應(yīng)變，常用單位με(1με=1×10-6mm/mm);
而
。?
其中? r——導(dǎo)體的半徑，受拉時(shí)r縮小；?
??????? μ——導(dǎo)體材料的泊松比。
代入上式可得：
對(duì)于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，上式中右末項(xiàng)電阻率相對(duì)變化的受力效應(yīng)是不一樣的，分別討論如下：
1.金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)?
勃底特茲明(Бриджмен)通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有如下關(guān)系：
式中? C——由一定的材料和加工方式?jīng)Q定的常數(shù)；
代入上式，并考慮到實(shí)際上ΔR/R，故可得
式中
——金屬絲材的應(yīng)變靈敏系數(shù)(簡(jiǎn)稱靈敏系數(shù))。?
??? 上式表明：金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。
??? 對(duì)于金屬材料，
?？梢娝蓛刹糠纸M成：前部分為受力后金屬絲幾何尺寸變化所致，一般金屬μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。以康銅為例，C≈1，C(1-2μ)≈0.4，所以此時(shí)K0=Km≈2.0。顯然，金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主。對(duì)其他金屬或合金, Km=1.8～4.8。
2.半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)?
史密茲(C.S.Smith)等學(xué)者很早發(fā)現(xiàn)，鍺、硅等單晶半導(dǎo)體材料具有壓阻效應(yīng)：
式中? σ——作用于材料的軸向應(yīng)力；?
??????? π——半導(dǎo)體材料在受力方向的壓阻系數(shù)；?
????????E——半導(dǎo)體材料的彈性模量。
同樣，將上式代入式(
)，并寫成增量形式可得：
式中
——半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)。?
綜合式(
)和上式可得導(dǎo)電絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)為：
?
式中K0——導(dǎo)電絲材的靈敏系數(shù)。
對(duì)于半導(dǎo)體材料K0=Ks =(1+2μ)+πE。它也由兩部分組成：前部分同樣為尺寸變化所致；后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致，而且πE>>(1+2μ)，因此半導(dǎo)體絲材的K0=Ks≈πE。可見，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。通常Ks=(50～80)Km。