电阻应变式传感器的工作原理

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1、传感器原理设计及应用第四章电阻应变式传感器主要内容电阻应变式传感器的工作原理电阻应变片的工作原理电阻应变片的种类、材料和参数电阻应变片的动态响应特性粘合剂和应变片的粘贴技术电阻应变片传感器的温度误差及其补偿电阻应变式传感器的信号调节电路及电阻应变仪电阻应变式传感器概述电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到0.01—0.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。应变式传感器特征：不同材料类型；金属应变片、半导体应变片应用范围；应变力、压力、转

2、矩、位移、加速度；主要优点；使用简单、精度高、范围大、体积小。概述各种电子秤广泛应用于－概述高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平概述机械秤包装机吊秤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上粘贴电阻应变敏感元件构成。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。4.1电阻应变式传感器的工作原理返回1、应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化

3、，这种现象称为金属的电阻应变效应。2、电阻应变片的结构和工作原理1）应变片的结构由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。4.2电阻应变片的工作原理4231电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽2）电阻-应变特性设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为两边取对数，得等式两边取微分，得——电阻的相对变化；——电阻率的相对变化；——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε=称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变

4、；——截面积的相对变化。dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。S=πr2dS/S=2·dr/rεr=–με由材料力学知将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。KS由两部分组成：前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；后一部分为，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。对金属材料，以前者为主，则KS

5、≈1+2μ；对半导体，KS值主要由电阻率相对变化所决定。实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。3）应变片测试原理在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值σ为σ=E·ε丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分bOlεrrdldθθε0ε3、横向效应金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，

6、构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化(除了ε起作用外)，应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。图为应变片敏感栅半圆弧部分的形状。沿轴向应变为ε，沿横向应变为εr。若敏感栅有n根纵栅，每根长为l，半径为r，在轴向应变ε作用下，全部纵栅的变形视为ΔL1半圆弧横栅同时受到ε和εr的作用，在任一微小段长度dl=rdθ上的应变εθ可由材料力学公式求得每个圆弧形横栅的变形量Δl为纵栅为n根的应变片共有n-1个半圆弧

7、横栅，全部横栅的变形量为ΔL1=nlε应变片敏感栅的总变形为敏感栅栅丝的总长为L，敏感栅的灵敏系数为KS，则电阻相对变化为令则可见，敏感栅电阻的相对变化分别是ε和εr作用的结果。当εr=0时，可得轴向灵敏度系数同样，当ε=0时，可得横向灵敏度系数横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向效应系数c。即由上式可见，r愈小，l愈大，则c愈小。即敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的误差越小返回一、电阻应变片的种类4.3电阻应变片的种类、材料和参数1.丝式应变片金属丝式应变片有回线式和短接式

8、二种，如图2.3所示。但回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，但其应变横向效应较大。短接式应变片两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接。优点是克服了横向效应，但制造工艺复杂图中应变片a、c回线式b、d短接式2.箔式应变片它是利用照相制版或光刻技术将厚约0.003～0.01mm的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。优点：①.可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅，其栅长l可做0.2mm，以适应不同的测量要求；②.与被测件粘贴结面积大；   ③.散热条件好，允许电流大，提高了