文档介绍：第二章第二章应变式传感器应变式传感器
金属应变式传感器
半导体压阻应变式传感器
测量电路
原理
电阻式传感器的基本原理将被测量的变化
转换成传感器元件电阻值的变化,再经过转
换电路变成点信号输出。常用来测量力、压
力、位移、应变、扭矩、加速度等。应变式
传感器基本上是利用金属的电阻应变效应将
被测量转换为电量输出的一种传感器。传感
元件有应变片、半导体膜片、电位器等。由
它们分别制成了应变式传感器、压阻式传感
器、电位器式传感器等
§ 金属应变式传感器
工作原理
应变片的基本结构和测量原理
电阻应变片的主要特性
§
工作原理工作原理::导体或半导体材料再导体或半导体材料再外界力的作用下外界力的作用下
产生机械变形时产生机械变形时,,其电阻值相应发生变化其电阻值相应发生变化,,这种这种
现象称为现象称为““应变效应应变效应””。。设有一段长为设有一段长为ll,,截面积为截面积为
AA,,电阻率为电阻率为ρρ的导体的导体((如金属丝如金属丝)),,它具有的电阻它具有的电阻
为为::
l
R (2 1)
A
式中式中:: ρρ——电阻丝的电阻率电阻丝的电阻率;;
ll——电阻丝的长度电阻丝的长度;;
AA——电阻丝的截面积电阻丝的截面积。。
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)
时,其l、A和ρ均发变化,导体的电阻随
之发生变化,电阻相对变化为:
dR dl dA d
R l A
(2 2)
材料的轴向线应变:
dl
l
dA dr
2
A r (2 3)
在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向
伸长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向
应变的关系可表示为
dr dl
(2 4)
r l
μ为电阻丝材料的泊松比,负号表示应变
方向相反,则
dR dL d
(1 2) (2 5)
R L
应变灵敏系数应变灵敏系数::
dR dL
K /
s R L
d dL
K (1 2)/ (2 6)
s L
d /
(1 2)
((11++22μμ))————决定于导体几何形状发生得变化决定于导体几何形状发生得变化
d/
————决定于导体变形后所引起的电阻率决定于导体变形后所引起的电阻率
的变化的变化
Ks ::金属导体应变灵敏系数金属导体应变灵敏系数,,物理含义物理含义
是单位纵向应变引起电阻的相对变化量是单位纵向应变引起电阻的相对变化量。。
dR dL
K K (2 7)
Rs L s
R L
K K (2 8)
或或 Rs L s
还与敏感栅的横向效应还与敏感栅的横向效应﹑﹑粘结剂及粘粘结剂及粘
贴工艺等诸多因素有关贴工艺等诸多因素有关。。电阻应变片灵敏电阻应变片灵敏
系数略小于系数略小于KSKS,,
§
(a)丝式(b)箔式(c)半导体
1—基底 2—敏感栅
3—盖层 4—引线
主要有丝式、箔式和半导体等三种典型应变计的结
构型式
(1)基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位
置,通常用粘结剂将它固结在纸质或胶质的基
底上。~
(2)敏感栅——应变计中实现应变-电阻转换的敏感
元件。其电阻值一般在100Ω以上
(3)盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护
层;起着防潮、防蚀、防损等作用
(4)引线——它起着敏感栅与测量电路之间的过渡
连接和引导作用。