文档介绍：实验一应变片单臂特性实验一、实验目的:了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理:电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片來组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器,此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将变形转换成电肌的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。可川于能转化成变形的各种非电物理量的检测,如力、压力、加速度、力矩、重虽:等,在机械加工、计量、建筑测虽等行业应用十分广泛。1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电卩FL值也会产牛和应地改变,这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例:设其长为:L、半径为r、材料的电阻率为P吋,根据电阻的定义式得(1—1)当导体因某种原因产生应变时,其长度1八截面积A和电阻率p的变化为dL、。对式(1—1)全微分得电阻变化率dR/R为:(1—2)式中:dL/L为导体的轴向应变量EL;dr/r为导体的横向应变量£「由材料力学得: 5二-uer (1-3)式中:□为材料的泊松比,〜;负号表示两者的变化方向相反。将式(1—3)代入式(1—2)得:T=Cl+^)f+7(1—4)式(1—4)说明电阻应变效应主要取决于它的儿何应变(儿何效应)和木身特有的导电性能(压阻效应)。2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化最。(1)、金加导体的应变灵敏度K:主要取决于其几何效应;可収警Z瓦(1-5)其灵敏度系数为:k二牛a十2G金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化,拉伸吋电阻增大,压缩时电阻减小,且与其轴向应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。(2)、半导体的应变灵敏度:主要取决于其压阻效应;dR/R<^dP/P。半导体材料之所以具有较大的电阻变化率,是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。在半导体受力变形时会暂时改变品体结构的对称性,因而改变了半导体的导电机理,使得它的电阻率发生变化,这种物理现彖称Z为半导体的压阻效应。H不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同,可以是正(使电阻增人)的或负(使电阻减小)的压阻效应。也就是说,同样是拉伸变形,不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应,可正可负,与材料性质和应变方向有关,其灵敏度系数较大,一般在100到200左右。3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片,贴片式半导体应变片(温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏)很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件,在它上而直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜(扩散出敏感栅),制成扩散型压肌式(压阻效应)传感器。*木实验以金属箔式应变片为研究对象。4、箔式应变片的基本结构应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上,,如图1—1所示。引岀线电用絵(域塑椰)茎片3)丝式应变片图1—1应变片结构图金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,与丝式应变片工作原理相