電阻應(yīng)變式傳感器基本原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)

6/12一、原理由歐姆定律知，對(duì)于長(zhǎng)為積為其電阻

、電阻率為 的導(dǎo)體，假設(shè)、和 均發(fā)生變化，則其電阻也變化，對(duì)上式全微分，有設(shè)半徑為 的圓導(dǎo)體，=，代入上式，電阻的相對(duì)變化為由于則式中 ——導(dǎo)體的縱向應(yīng)變其數(shù)值一般很小常以微應(yīng)變 量，1 =10－6 ；——材料泊桑比，一般金屬 ——壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；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(duì)變化量；表示由于材料電阻率的變化而引起電阻的相對(duì)變化量。不同屬性的導(dǎo)體，這兩項(xiàng)所占的比例相差很大。假設(shè)定義導(dǎo)體產(chǎn)生單位縱向應(yīng)變時(shí)，電阻值相對(duì)變化量為導(dǎo)體的靈敏度系數(shù)，則明顯，SS愈大，單位縱向應(yīng)變引起的電阻值相對(duì)變化愈大，說(shuō)明應(yīng)變片愈靈敏。可用不同的導(dǎo)體材料制成應(yīng)變片，目前主要有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。二、金屬電阻應(yīng)變片１.構(gòu)造形式原理：對(duì)于金屬電阻應(yīng)變片，材料電阻率隨應(yīng)變產(chǎn)生的變化很小，可無(wú)視，得：向效應(yīng)大.值、靈敏度、允許電60Ω、120Ω、350Ω600Ω1000Ω120Ω用得最多。的平均靈敏度系數(shù)值。2.其他構(gòu)造形式三、半導(dǎo)體應(yīng)變片構(gòu)造形式率變化引起的電阻變化，前者可無(wú)視不計(jì)，可得從而可得半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為半導(dǎo)體應(yīng)變片的最突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度大，Ｓ可達(dá)60～150，能直接與記錄儀器連接而不需放大器，使測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化。此外，其橫向效應(yīng)小，機(jī)械滯后小和體積小。缺點(diǎn)是電阻值和靈敏度的溫度穩(wěn)定性差。當(dāng)應(yīng)變較大時(shí)，非線性嚴(yán)峻。由于受晶向、雜質(zhì)等因素影響，靈敏度分散度大。學(xué)習(xí)時(shí)留意觀看應(yīng)變片粘貼的位置及方向。四、應(yīng)用BLR-1接線座將信號(hào)引出。其電阻的變化與被測(cè)外力成正比。應(yīng)用電阻應(yīng)變片通過(guò)不同的彈力體來(lái)測(cè)力。(１)柱式度大,穩(wěn)定性好.(２)環(huán)式(３)雙端固定梁式這種構(gòu)造當(dāng)梁受力過(guò)載時(shí)簡(jiǎn)潔產(chǎn)生非線性誤差.梁和殼體一般是做成一體,(４)懸臂梁式高等特點(diǎn).2．電阻應(yīng)變式位移傳感器 圖示10/12伸長(zhǎng),使懸臂梁變形，從而引起應(yīng)變片電阻發(fā)生變化.這種方法可用于測(cè)力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)。的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路顯示或記錄被測(cè)量值的變化。9.2.1電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器是基于測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的一種傳感器，最常用的傳感元件為電阻應(yīng)變片。應(yīng)變式傳感器特點(diǎn)①精度高，測(cè)量范圍廣；②使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定牢靠；③構(gòu)造簡(jiǎn)潔，體積小，重量輕；④頻率響應(yīng)較好，既可用于靜態(tài)測(cè)量又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；⑤價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇和大量使用。1、應(yīng)變式傳感器的工作原理金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生氣械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。公式推導(dǎo)：假設(shè)金屬絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為S，電阻率為ρ，其未受力時(shí)的電阻為R，則:(9.1)假設(shè)金屬絲沿軸向方向受拉力而變形，其長(zhǎng)度LdLSdSρ變化，因而引起電阻R變化dR。將式(9.1)微分，整理可得:對(duì)于圓形截面有：(9.3)

(9.2)為金屬絲軸向相對(duì)伸長(zhǎng)，即軸向應(yīng)變；而則為電阻絲徑向相對(duì)伸長(zhǎng)，即徑向應(yīng)變，兩者之比即為金屬絲材料的泊松系數(shù):(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：(9.6)(9.7)或K0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。K0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。公式簡(jiǎn)化過(guò)程：由式可以明顯看出金屬材料的靈敏系數(shù)受兩個(gè)因素影響：一個(gè)是受力后材料的幾何尺寸變化所引起的即項(xiàng)另一個(gè)是受力后材料的電阻率變化所引起的，即項(xiàng)。對(duì)于金屬材料項(xiàng)比項(xiàng)小得多。大量K0為常數(shù)，于是可以寫成：(9.8)通常金屬電阻絲的K0=1.7～4.6。通常金屬電阻絲的K0=1.7～4.6。應(yīng)變片的根本構(gòu)造l 應(yīng)變片的根本構(gòu)造l 稱為柵長(zhǎng)(標(biāo)稱為柵寬(基寬)，b×l稱為應(yīng)變片的使用面積。應(yīng)變片的規(guī)格一般以使用面積和電阻值表示，如3×20mm2，120Ω。構(gòu)造簡(jiǎn)介>>電阻絲應(yīng)變片是用直徑