电阻式传感器.ppt

文档介绍：电阻式传感器
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一、应变片的工作原理
二、应变片用于测量力的计算公式
三、应变片的种类与结构
四、测量转换电路——不平衡电桥
五、应变效应的应用

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导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随之发生变化，这种现象称为应变效应。
电阻应变式传感器主要由电阻应变片和测量转换电路等组成。
应变式电阻传感器广泛应用于测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数。
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一、应变片的工作原理 设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为：

当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化。例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大。
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用应变ε表示电阻丝长度的相对变化量：
当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长△L，横截面积相应减小△S，电阻率将因晶格发生形变等因素而改变△ρ，故引起电阻值相对变化量为：
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微应变(με)
在材料力学中， =L/L称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变，是量纲为1的数。通常很小，常用10的-6次方表示之。例如，当，在工程中常表示为110(-6)或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于110(-3)，即1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。

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用△S/S表示圆形电阻丝的截面积相对变化量：
用△ρ/ ρ表示圆形电阻丝的电阻率相对变化量；
在弹性范围内，金属丝受力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，关系为：
其中，μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示与应变方向相反。
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结合上面的式子，可以得到：
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为：
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二、应变效应的结论
（1）灵敏度系数
灵敏度系数受两个因素影响，一个是受力后材料几何尺寸的变化，即（1+2μ）；另一个是受力后材料的电阻率变化，即（△ρ/ρ）/ε。
，灵敏度系数中（1+2μ）要比（△ρ/ρ）/ε大得多；而半导体材料中（△ρ/ρ）/ε要比（1+2μ）大得多。
，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。

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（2）应变的测量
用应变片测量应力时，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量ΔR时，可得被测对象的应变值。
根据应力与应变的关系，得到应力值：
σ=Eε
式中， σ为试件的应力，σ =F/A，A为受力面积，ε为试件的应变 ， E为试件材料的弹性模量。所以， ΔR/R=Kε=Kσ/E=KF/(AE)
因此，应力σ正比于应变ε，而试件应变ε正比于电阻值的变化，这是应变片测量应变的基本原理。
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