電阻應變式傳感器的基本原理、結構和應用

1、、原理由歐姆定律知，對于長為J、截面積為 V、電阻率為 以的導體，其電阻若:'、 以和 八均發(fā)生變化，則其電阻也變化，對上式全微分，有熾三色戰(zhàn)-氏dA十三HpA2 A設半徑為 ”的圓導體， & =十'，代入上式，電阻的相對變化為因為則dR .GE 2dr dpRr p1十2卩十2F)£式中三一一導體的縱向應變。其數值一般很小，常以微應變三度量,1 歸=10 6 占；v材料泊桑比，一般金屬"=0.3-0.5 ；幾 壓阻系數，與材質有關;E 材料的彈性模量。上式中，'表示幾何尺寸變化而引起電阻的相對變化量;；'：S三表示由于材料電阻率的變

2、化而引起電阻的相對變化量。不同屬性的導體，這兩項所占的比例相差很大。若定義導體產生單位縱向應變時，電阻值相對變化量為導體的靈敏度系數, 則=(1十莎十JLE顯然，SS愈大，單位縱向應變引起的電阻值相對變化愈大，說明應變片 愈靈敏?？捎貌煌膶w材料制成應變片，目前主要有金屬電阻應變片和半導體應變 片兩類。、金屬電阻應變片1 .結構形式原理：對于金屬電阻應變片，材料電阻率隨應變產生的變化很小，可忽略，得:選用應變片時，要考慮應變片的性能參數，主要有：應變片的電阻值、靈敏度、允許電流和應變極限等。市售金屬電阻應變片的電阻值已趨于標準化，主要規(guī)格有60Q、120Q、350 Q600Q和1000Q 等

3、，其中120Q用得最多。應變片產品包裝上標明的”標稱靈敏系數”，出廠時測定的該批產品的平均靈敏度系數值。2.其他結構形式三、半導體應變片結構形式1滋17 半導體爾空片的秸搗弊朮對于半導體應變片，幾何尺寸變化引起的電阻變化遠小于由材料電阻率變化引起的電阻變 化，前者可忽略不計，可得dR從而可得半導體應變片靈敏度系數為g =粗半導體應變片的最突出優(yōu)點是靈敏度大，S可達60150,能直接與記錄儀器連接而不需放大器，使測量系統(tǒng)簡化。此外，其橫向效應小，機械滯后小和體積小。缺點是電阻值和靈敏度的溫 度穩(wěn)定性差。當應變較大時，非線性嚴重。由于受晶向、雜質等因素影響，靈敏度分散度 大。學習時注意觀察應變片粘

4、貼的位置及方向。四、應用1 . BLR-1拉壓力傳感器被測外力通過螺紋作用在彈性圓筒上，圓筒變形，應變 片電阻變化，接線座將信號引出。其電阻的變化與被測外力成正比。2 .應用電阻應變片通過不同的彈力體來測力。(1柱式ttK：憚怦體分尖廿柿空心赳鐘尖t関柑小氏哽牧扎切那叩也 帽橫向別廃丄樓宦性好.彈性體分實心和空心兩種，實心圓柱可承受較大負荷心圓筒橫向剛度大，穩(wěn)定性好(2環(huán)式在外力作用下，各點的應力差別較大.線性誤差和滯后誤 差較小.(3雙端固定梁式這種結構當梁受力過載時容易產生非線性誤差梁和殼體一般是做成一體，避免兩固定端在工作過程中可能滑動而產生誤差(4懸臂梁式這種傳感器具有結構簡單、加工容

5、易、應變片容易粘 貼、靈敏度度較高等特點2.電阻應變式位移傳感器 圖示將應變片貼在西、懸臂梁（彈性元件上，當被測物移動 測桿移動，拉簧伸長，使懸臂梁變形，從而引起應變片電阻發(fā)生變化這種方法可用于測力、位移、壓力、加速度等物理參數。電阻式傳感器種類繁多，應用廣泛，其基本原理就是將被測物理量的變化轉換成電 阻值的變化，再經相應的測量電路顯示或記錄被測量值的變化。9.2.1電阻應變式傳感器應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生應變的一種傳感器，最常用的傳感 元件為電阻應變片。丿應用范圍：可測量位移、加速度、力、力矩、壓力等各種參數。J應變式傳感器特點 精度高，測量范圍廣; 使用壽命長，性能穩(wěn)定可靠

6、； 結構簡單，體積小，重量輕； 頻率響應較好，既可用于靜態(tài)測量又可用于動態(tài)測量； 價格低廉，品種多樣，便于選擇和大量使用。1、應變式傳感器的工作原理（1金屬的電阻應變效應金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著它所受機械變形（伸長或縮短的變化而發(fā)生變化的現象，稱為金屬的電阻應變效應。公式推導:斷=國星=（1十2#）4她 若金屬絲的長度為L,截面積為S,電阻率為P其未受力時的電阻為R,則:(9.1如果金屬絲沿軸向方向受拉力而變形，其長度 L變化dL,截面積S變化dS，電 阻率p變化-，因而引起電阻R變化dR。將式（9.1微分，整理可得：dR dL dS dp心 c(9.2對于圓形截面有:

7、(9.3為金屬絲軸向相對伸長，即軸向應變；而則為電阻絲徑向相對伸長，即徑向應變，兩者之比即為金屬絲材料的泊松系數卩，負號表示符號相反，有dr(9.9將式（9.9代入（9.3得:(9.5將式（9.5代入（9.2，并整理得:(9.7K0稱為金屬絲的靈敏系數，其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化。K0稱為金屬絲的靈敏系數，其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化。 公式簡化過程：禺=遇貨=1 + 2毋+坐爬一由式可以明顯看出，金屬材料的靈敏系數受兩個因素影響：一個是受力后材料的幾何尺寸變化所引起的，即項；另一個是受力后材料的電阻率變化所引起的，即項。對于金屬材料項比項小得多。大量實驗表明，在電阻

8、絲拉伸比例極限范圍內，電阻的相對變化與其所受的軸 向應變是成正比的，即K0為常數，于是可以寫成：-:-：(9.8通常金屬電阻絲的K0=1.74.6通常金屬電阻絲的K0=1.74.6(2應變片的基本結構及測量原理應變片的基本結構l稱為柵長(標距，b稱為柵寬(基 寬，b *稱為應變片的使用面積。應變 片的規(guī)格一般以使用面積和電阻值表 示，女口 3>20mm2，120Q。結構簡介>>電阻絲應變片是用直徑為 0.025mm具有高電阻率 的電阻絲制成的。為了獲得高的阻值，將電阻絲排 列成柵狀，稱為敏感柵，并粘貼在絕緣的基底上。 電阻絲的兩端焊接引線。敏感柵上面粘貼有保護作 用的覆蓋層。應變式傳感器是將應變片粘貼于彈性體表面或者直接將應變片粘貼