傳感器及檢測技術（第四版）課件 5.電阻應變片

……………電阻應變片傳感器技術與應用武漢職業(yè)技術學院

熊曉倩課程內容CONTENTS應用07應變效應分析02溫度補償06結構和材料03主要參數(shù)04基本應用電路05概述01一、概述1.應用最廣泛；

2.材料：金屬、半導體；3.敏感機理：受力產生應變；

4.轉換機理：應變轉換為電阻；

5.價廉、尺寸小、結構簡單；

6.可靠性好、穩(wěn)定性高；

7.測量電路：橋式；

8.測量精度高；

9.壽命長；

10.抗干擾能力差、非線性；電阻應變式傳感器一、概述提問：什么是力？力是改變物體狀態(tài)的根本原因應變變化應力（微觀力）

應變效應是金屬導體的電阻值，隨著它受力所產生機械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱之為金屬的電阻應變效應。一、概述理論基礎材料的泊松比定律

在彈性限內，金屬絲沿長度方向伸長時，徑向尺寸縮小，反之亦然。軸向應變εt與徑向應變εr有以下關系：εr=-μεt。金屬導體電阻定律

金屬導線的電阻值與其導線長度l成正比而導線截面積s成反比，即半導體材料的壓阻效應

對半導體材料施加外力時，除了產生變形外，材料的電阻率也隨著發(fā)生變化。二、應變效應分析由公式分析

可知，電阻相對變化量由兩項組成：

1.是由產生應變的材料幾何尺寸的變化引起的；

2.是由電阻率變化引起的，對金屬系主要為前一項，對半導體材料主要為后一項。三、結構和材料1.組成

金屬電阻應變片分為金屬絲式和金屬箔式兩種。1.金屬絲式電阻應變片。金屬絲式電阻應變片的基本結構圖如圖所示。由敏感柵1、基底2和蓋層3、引線4和黏結劑幾個基本部分組成。三、結構和材料（一）組成2.金屬箔式應變片與金屬絲式電阻應變片相比，有如下優(yōu)點：用光刻技術能制成各種復雜形狀的敏感柵；橫向效應?。簧嵝院?，允許通過較大電流，可提高相匹配的電橋電壓，從而提高輸出靈敏度；疲勞壽命長，蠕變?。簧a效率高。

但是，制造箔式應變片的電阻值的分散性要比絲式應變片的大，有的能相差幾十歐姆，需要調整阻值。（a）箔式單向應變片

（b）箔式轉矩應變片

（c）箔式壓力應變片

（d）箔式花狀應變片三、結構和材料（二）材料1.敏感柵

應變片最重要的組成部分，由某種金屬細絲繞成柵形。三、結構和材料2.基底、蓋片

基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置；

蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對位置，還可以保護敏感柵。（二）材料三、結構和材料3.粘結劑

常用的粘結劑分為有機和無機兩大類。有機粘結劑用于低溫、常溫和中溫；無機粘結劑用于高溫。（二）材料三、結構和材料4.引線

它是從應變片的敏感柵中引出的細金屬絲，常用直徑約0.1—0.15mm的鍍錫銅線或扁帶形的其他金屬材料制成。（二）材料四.主要參數(shù)A

靈敏度系數(shù)（K）B

橫向效應C

機械滯后、零點漂移、蠕變D

應變極限和疲勞壽命五.基本應用電路

將電阻應變片粘貼于待測構件上，應變片電阻將隨構件應變而改變，將應變片電阻接入相應的電路中，使其轉化為電流或電壓輸出，即可測出力值。通常將應變片接入電橋來實現(xiàn)電阻至電壓或電流的轉換。五.基本應用電路為了提高輸出電壓靈敏度，可以采用半橋雙臂或全橋電路（a）半橋雙臂

（b）全橋電路五.基本應用電路

半橋雙臂可使電壓靈敏度比半橋單臂提高一倍，而全橋電路電壓靈敏度又比半橋雙臂電壓靈敏度提高一倍。可見，利用全橋，并提高供電電壓E，可提高靈敏度系數(shù)。六.溫度補償

用作測量應變的金屬應變片，希望其阻值僅隨應變變化，而不受其它因素的影響。

實際上應變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。從而產生很大的測量誤差，稱為應變片的溫度誤差，又稱熱輸出。

因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：應變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。六.溫度補償溫度補償互補償橋路補償自補償

不是補償溫度值，而是補償在溫度影響下變化的輸出值，使輸出值回復正常