电阻应变计式传感器

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1、第2章电阻应变计式传感器电阻应变计的应用1.2第2章电阻应变计式传感器电阻应变计的主要特性2.22.3测量电路2.4电阻应变计式传感器2.52.6电阻应变计的温度效应及其补偿2.1电阻应变计的基本原理与结构www.seu.edu.cn第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用一、导电材料的应变电阻效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化，这种现象称为“应变效应”。如图2-1所示，一根

2、长，截面积为A的金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：（2-1）第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用（2-2）当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长dl，横截面积相应减小dA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为：图2.1导体受拉伸后的参数变化第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用式中dl/l=ε——材料的轴向线应变，常用单位με(1

3、με=1×10-6mm/mm);dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2πrdr，则：其中r——导体的半径，受拉时r缩小；μ——导体材料的泊松比。第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用可得：通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。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：（2-3）（2-4）第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1

4、电阻应变计的基本原理结构和应用灵敏系数K受两个因素影响：材料几何尺寸的变化，即1+2μ；材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。1.金属材料的应变电阻效应对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金,一般Km=1.8～4.8。2.半导体材料的压阻效应而半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的

5、值比1+2μ大得多。第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用2.半导体材料的压阻效应压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。式中：π——半导体材料的压阻系数;σ——半导体材料的所受应变力;E——半导体材料的弹性模量;ε——半导体材料的应变。（2-5）第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用2.半导体材料的压阻效应则：由于πE>>(1+2μ)

6、，因此半导体丝材的Ks≈πE。可见，半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。通常Ks=(50～80)Km。（2-6）第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型结构：图2.2典型应变计的结构及组成(a)丝式(b)箔式(c)半导体1—敏感栅2—基底3—引线4—盖层5—粘结剂6—电极第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的结构与类型结构

7、：(1)敏感栅——实现应变-电阻转换的敏感元件。通常由直径为0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。(2)基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。(3)引线——起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)2.1电阻应变计的基本原理结构和应用二、电阻应变计的

8、结构与类型(4)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。(5)粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。第2章电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeS