實驗力學大論文電阻應變式傳感器的原理

1、實驗力學大論文題目：電阻應變式傳感器的原理學 院：計測工程學院學生姓名：林星馳學 號：1000205126專 業(yè)：工程力學指導老師：涂程旭電阻應變式傳感器設計原理與應用電阻應變式傳感器概述以電阻應變計為轉換元件的電阻式傳感器。電阻應變式傳感器由彈性敏感 元件、電阻應變計、補償電阻和外殼組成，可根據具體測量要求設計成多種結構形 式。彈性敏感元件受到所測量的力而產生變形，并使附著其上的電阻應變計一起變 形。電阻應變計再將變形轉換為電阻值的變化，從而可以測量力、壓力、扭矩、位 移、加速度和溫度等多種物理量。常用的電阻應變式傳感器有應變式測力傳感器、 應變式壓力傳感器、應變式扭矩傳感器（見轉矩傳感器）

2、、應變式位移傳感器（見 位移傳感器）、應變式加速度傳感器（見加速度計）和測溫應變計等。電阻應變式 傳感器的優(yōu)點是精度高，測量范圍廣,壽命長，結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條 件下工作，易于實現小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點是對于大應變有較 大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。因此它廣泛應用于自動測 試和控制技術中。電阻應變式傳感器 傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效 應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變 片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體 應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小

3、等優(yōu)點。電阻應變式稱重傳感器原理電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力 作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形, 電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經相應的測量電路 把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的 過程。由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不 可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即 成為一片應變片。他的一個重要參數是靈敏系數K。我們來介紹一下它的意義。設有一個金屬電阻絲

4、，其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形，其面積記 作S,其電阻率記作P,這種材料的泊松系數是當這根電阻絲未受外力作用時, 它的電阻值為R：R = P L/S （ Q ）（21）當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產生變形。設其伸長A L, 其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Ar。此外，還可用實驗證明，此金屬 電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作AP。對式(2-1)求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有: R = A p L/S + ALp/S - A S P L/S2 (22)用式(2-1)去除式(2-2)得到AR/R = A p/p + AL/L - AS/S

5、 (23)另外，我們知道導線的橫截面積S = nr2,則As = 2nr*Ar,所以AS/S = 2Ar/r (24)從材料力學我們知道Ar/r = - U AL/L (25)其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。P是表示材料橫向效應泊松 系數。把式(24) (25)代入(23),有 R/R = A p/p + AL/L + 2u AL/L (1 + 2P ( A P/P ) / ( A L/L) ) *AL/L K *AL/L (26)其中K = 1 + 2H + ( p/p ) / (AL/L) ( 2 7 )式（2-6）說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲 伸長率（長度相對變化）之間的關系。需要說明的是：靈敏度系數K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決 定的一個常數，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7 一3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。在材料力學