第三章應(yīng)變式傳感器

1、1.1.電阻應(yīng)變片原理電阻應(yīng)變片原理2.2.應(yīng)變片的種類、材料及粘貼應(yīng)變片的種類、材料及粘貼3.3.金屬應(yīng)變片的主要特性金屬應(yīng)變片的主要特性 4.4.應(yīng)變片測(cè)量電路應(yīng)變片測(cè)量電路 5.5.應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 下面以金屬絲應(yīng)變片為例，介紹它的應(yīng)變效下面以金屬絲應(yīng)變片為例，介紹它的應(yīng)變效應(yīng)。一根金屬絲長(zhǎng)度為應(yīng)。一根金屬絲長(zhǎng)度為 L，截面積為，截面積為A ，電阻，電阻率為率為 其電阻其電阻R為：為：LRA2LLdRdLddAAAAdRdLddARLA2Arr2dArdr222dArdrdrArrLRA2d Rd Ldd rRLrxd LLyd rryx (12)xdRdR (12

2、)dR RdK12K12dd(12 )dR RdK 應(yīng)變是表征物體受外力作用時(shí)產(chǎn)生相對(duì)變形大、應(yīng)變是表征物體受外力作用時(shí)產(chǎn)生相對(duì)變形大、小的無(wú)量綱物理量。設(shè)物體原長(zhǎng)為小的無(wú)量綱物理量。設(shè)物體原長(zhǎng)為L(zhǎng)受力后產(chǎn)生受力后產(chǎn)生L的形變，相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)榈男巫?，相?yīng)的應(yīng)變?yōu)椤 半導(dǎo)體應(yīng)變片又稱壓阻式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片又稱壓阻式傳感器 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、耗電少、有正負(fù)兩種應(yīng)力效應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、耗電少、有正負(fù)兩種應(yīng)力效應(yīng)。 缺點(diǎn)：受溫度影響較大。缺點(diǎn)：受溫度影響較大。 l 半導(dǎo)體材料的靈敏系數(shù)主要由壓阻效應(yīng)引起的電阻半導(dǎo)體材料的靈敏系數(shù)主要由壓阻效應(yīng)引起的電阻 率率的變化；靈敏系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)

3、的變化；靈敏系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 12KE對(duì)半導(dǎo)體對(duì)半導(dǎo)體 /12/R RK 已知受力引起的電阻變化為：已知受力引起的電阻變化為： 橫截面積為橫截面積為A的物體（金屬絲）受到外力的物體（金屬絲）受到外力F的作用，的作用，并處于平衡狀態(tài)時(shí)，物體在單位面積上引起的內(nèi)力稱為并處于平衡狀態(tài)時(shí)，物體在單位面積上引起的內(nèi)力稱為應(yīng)力應(yīng)力。則。則=F/A。 0000tgsRRRKtRR0000ttgsRRtKK應(yīng)變片溫度誤差。應(yīng)變片溫度誤差。n 因環(huán)境溫度的變化因環(huán)境溫度的變化t n 應(yīng)變片本身的性能參數(shù)應(yīng)變片本身的性能參數(shù)K00000ttgsRRtKK 這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的

4、這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片應(yīng)變片, 稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。 溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理可由溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理可由t, 要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償, 必須滿足：必須滿足： 0= -K0（g-s） 0000tgsRRRKtRR62 1000 100.002RKR 直流電橋的平衡條件直流電橋的平衡條件 負(fù)載負(fù)載R RL L（開(kāi)路）（開(kāi)路） 314231012341234()()RR RR RRUEERRRRRRRR1423R RR R1234/RRRR電橋平衡時(shí)電橋平衡時(shí)U U0 0=0 =0 相對(duì)臂阻值乘積相等相對(duì)臂阻值乘積相等 相鄰臂

5、阻值比相等相鄰臂阻值比相等 ()LR 00U1423R RR R3124RRRR11423011234()()()RRRR RUERRRRR 114231414230112341123441311412411234113()()()()()()()()()(1)(1)RR RR RR RR RR RUEERRRRRRRRRRRRRRR REERRRRRRRRRRR 因?yàn)橐驗(yàn)?忽略分母中的忽略分母中的 ，設(shè)橋臂比，設(shè)橋臂比并考慮到起始平衡條件，從上面并考慮到起始平衡條件，從上面 U0 公式可得下式公式可得下式 電橋電壓靈敏度定義為電橋電壓靈敏度定義為： 11RR21RnR1021(1)RnUEn

6、R0211(1)uUnKERnR41310124113() ()(1) (1)RRRRUERRRRRR11RR24100(1)udKndnn0211(1)uUnKERnR0U10114RUER14uKE2(1)unKEn10111111412RUERRR1021(1)RnUEnR1142230112234()()()()RR RRRRUERRRRRR 12RR 1234RRRR10112RUER01112uUKERR11RR1234RRRR 101RUERuK1)(1)RRRRUERRRRRR11RR0U1014REUR11000111210011121112LRRUUURRrRRRUURRR500065000 1020.01RKR130K 10001112111LRRrRRRR1112111LRRrRRRR0211(1)uUnKERnR 0UU11111RZRjwRC22222RZRjwR C33ZR44ZR0001()22ZZUUZ012ZUZ142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ1011 4ZUUZ10112ZUUZ101ZUUZ電阻調(diào)平橋路：電阻調(diào)平橋路：a）串聯(lián)法）串聯(lián)法b）并聯(lián)法）并聯(lián)法電容調(diào)平橋中；電容調(diào)平橋中；c）差動(dòng)法）差動(dòng)法d）阻容法）阻容法薄壁圓筒梁式彈性元件位移傳感器梁式彈