第3章電阻應(yīng)變式傳感器

1、第3章 電阻應(yīng)變式傳感器作者：黃小勝3.1 何為電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？3.2 什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與金屬電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？3.3 為什么增加應(yīng)變片兩端電阻條的橫截面積便能減小橫向效應(yīng)？3.4 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少，金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？為什么有這種差別，說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)。舉例說(shuō)明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。3.5 一應(yīng)變片的電阻R=120，靈敏系數(shù)k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)榈膫鞲性?。求：和?若電源電壓U=3V，初始平衡時(shí)電橋的輸出電壓U0。3.6 在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形

2、試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的金屬應(yīng)變片R1和R2（如圖3-28a所示），把這兩應(yīng)變片接入電橋（見圖3-28b）。若鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k =2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測(cè)得應(yīng)變片R1的電阻變化值。試求：軸向應(yīng)變；電橋的輸出電壓。圖3-293.7 一測(cè)量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖3-29a所示。R1、R2、R3、R4按要求貼在等截面軸上。已知:等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E=21011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120, 所組成的全橋型電路如題圖3-29b所示，供橋電壓U=2V。現(xiàn)測(cè)得輸出電壓U0=2.6mV。求：

3、等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌伲苛為多少？圖3-283.8 已知：有四個(gè)性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片（應(yīng)變靈敏系數(shù)）, 將其粘貼在梁式測(cè)力彈性元件上，如圖3-30所示。在距梁端處應(yīng)變計(jì)算公式為設(shè)力，。求：圖 3-30說(shuō)明是一種什么形式的梁。在梁式測(cè)力彈性元件距梁端處畫出四個(gè)應(yīng)變片粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測(cè)量橋路原理圖；求出各應(yīng)變片電阻相對(duì)變化量；當(dāng)橋路電源電壓為6V時(shí)，負(fù)載電阻為無(wú)窮大，求橋路輸出電壓U0是多少？3.9 圖3-31為一直流電橋，負(fù)載電阻RL趨于無(wú)窮。圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，試求： R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.2時(shí)，電橋輸出電

4、壓U0=? R1、R2為金屬應(yīng)變片，感應(yīng)應(yīng)變大小變化相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為金屬應(yīng)變片，如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反，且R1=R2 =1.2，電橋輸出電壓U0=?答案3.1 答：導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，同時(shí)機(jī)械變形會(huì)引起導(dǎo)體阻值的變化，這種導(dǎo)體材料因變形而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)外力作用時(shí)，導(dǎo)體的電阻率、長(zhǎng)度、截面積都會(huì)發(fā)生變化，從而引起電阻值的變化，通過(guò)測(cè)量電阻值的變化，檢測(cè)出外界作用力的大小。3.2答：金屬絲靈敏系數(shù)主要由材料的幾何尺寸決定的。受力后材料的幾何尺寸變化為，電阻率的變化為。而實(shí)際應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)包括基片

5、、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng)。雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，金屬絲做成成品的應(yīng)變片（粘貼到試件上）以后，靈敏系數(shù)降低了。3.3答：敏感柵越窄，基長(zhǎng)越長(zhǎng)的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小。3.4答：金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是利用機(jī)械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng)，對(duì)于半導(dǎo)體而言，應(yīng)變傳感器主要是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為 ，即；半導(dǎo)體靈敏系數(shù)近似為 50100。3.5解： 3.6解1：1） 則軸向應(yīng)變?yōu)椋?2）電橋的輸出電壓為：解2：3.7解：3.8解：梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個(gè)；3.9 圖3-31為一直流電橋，負(fù)載電阻RL趨于無(wú)窮。圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，試求： R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.2時(shí)，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為