第3章电阻应变片式传感器1VIP免费

第第33章应变式传感器章应变式传感器教师：郑一力教师：郑一力办公室：森工楼办公室：森工楼423423E-mailE-mail：：zhengyili0620@gmail.comzhengyili0620@gmail.comtel:13811762730or62337736-423tel:13811762730or62337736-423例：例：取一根细电阻丝，两端接上一台取一根细电阻丝，两端接上一台33位半位数字式位半位数字式欧姆表（分辨率为欧姆表（分辨率为1/20001/2000），记下其初始阻值（图中），记下其初始阻值（图中为为10.0110.01）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（图中增加到为现其阻值略有增加（图中增加到为10.0510.05）。测量）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。。电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件(被测对象)上粘贴电阻应变片构成。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。主要内容3.1工作原理3.2电阻应变片种类、材料及粘贴3.3电阻应变片特性3.4电阻应变片的测量电路3.5应变式传感器的典型应用3.1工作原理•应变–物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象•弹性应变–当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变•弹性元件–具有弹性应变特性的物体应变传感器在承重梁上电阻应变片的种类电阻应变片品种繁多,形式多样。常用的应变片可分为两类:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。应变效应分析•电阻应变片的工作原理是基于应变效应•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，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：图3-1金属电阻丝应变效应FlrrlFAlR金属丝受拉力后几何尺寸伸长,这时电阻变化多少呢？当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，从而引起电阻值变化量为:dAdAldlRdR式中：dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为ldl2RRRdRdldAdlAlldldAdAAA＝＋电阻相对变化量：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rdrAdA2材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短沿径向缩短。轴向应变和径向应变的关系可表示为ldlrdrμ为材料的泊松比泊松比，负号表示与应变方向相反。推得：定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为dRdRK210dRdR)21(灵敏系数K0受两个因素影响•一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ•二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。•对金属材料：1+2μ＞＞(dρ/ρ)/ε•对半导体材料：(dρ/ρ)/ε＞＞1+2μ很难用解析式描述•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。–对康铜材料，K≈1.9~2.1；–对镍铬合金材料，K≈2.1~2.3；–对铂材料，K≈3~5。/(12)dRKR实验证明，在金属电阻材料中，1+2μ＞＞(dρ/ρ)/ε，所以(dρ/ρ)/ε，因而金属电阻材料的灵敏系数为dRKR半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。半导体应变片受轴向力作用时,其电阻相对变化为dRdR)21(半导体应变片半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：Ed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。因此：...