第三章应变式传感器

1、1.1.电阻应变片原理电阻应变片原理2.2.应变片的种类、材料及粘贴应变片的种类、材料及粘贴3.3.金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性 4.4.应变片测量电路应变片测量电路 5.5.应变式传感器的应用应变式传感器的应用 下面以金属丝应变片为例，介绍它的应变效下面以金属丝应变片为例，介绍它的应变效应。一根金属丝长度为应。一根金属丝长度为 L，截面积为，截面积为A ，电阻，电阻率为率为 其电阻其电阻R为：为：LRA2LLdRdLddAAAAdRdLddARLA2Arr2dArdr222dArdrdrArrLRA2d Rd Ldd rRLrxd LLyd rryx (12)xdRdR (12

2、)dR RdK12K12dd(12 )dR RdK 应变是表征物体受外力作用时产生相对变形大、应变是表征物体受外力作用时产生相对变形大、小的无量纲物理量。设物体原长为小的无量纲物理量。设物体原长为L受力后产生受力后产生L的形变，相应的应变为的形变，相应的应变为。v 半导体应变片又称压阻式传感器半导体应变片又称压阻式传感器 优点：灵敏度高、耗电少、有正负两种应力效应。优点：灵敏度高、耗电少、有正负两种应力效应。 缺点：受温度影响较大。缺点：受温度影响较大。 l 半导体材料的灵敏系数主要由压阻效应引起的电阻半导体材料的灵敏系数主要由压阻效应引起的电阻 率率的变化；灵敏系数远大于金属应变片的灵敏系数

3、的变化；灵敏系数远大于金属应变片的灵敏系数。 12KE对半导体对半导体 /12/R RK 已知受力引起的电阻变化为：已知受力引起的电阻变化为： 横截面积为横截面积为A的物体（金属丝）受到外力的物体（金属丝）受到外力F的作用，的作用，并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力应力。则。则=F/A。 0000tgsRRRKtRR0000ttgsRRtKK应变片温度误差。应变片温度误差。n 因环境温度的变化因环境温度的变化t n 应变片本身的性能参数应变片本身的性能参数K00000ttgsRRtKK 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的

4、这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片应变片, 称之为温度自补偿应变片。称之为温度自补偿应变片。 温度自补偿应变片的工作原理可由温度自补偿应变片的工作原理可由t, 要实现温度自补偿要实现温度自补偿, 必须满足：必须满足： 0= -K0（g-s） 0000tgsRRRKtRR62 1000 100.002RKR 直流电桥的平衡条件直流电桥的平衡条件 负载负载R RL L（开路）（开路） 314231012341234()()RR RR RRUEERRRRRRRR1423R RR R1234/RRRR电桥平衡时电桥平衡时U U0 0=0 =0 相对臂阻值乘积相等相对臂阻值乘积相等 相邻臂

5、阻值比相等相邻臂阻值比相等 ()LR 00U1423R RR R3124RRRR11423011234()()()RRRR RUERRRRR 114231414230112341123441311412411234113()()()()()()()()()(1)(1)RR RR RR RR RR RUEERRRRRRRRRRRRRRR REERRRRRRRRRRR 因为因为 忽略分母中的忽略分母中的 ，设桥臂比，设桥臂比并考虑到起始平衡条件，从上面并考虑到起始平衡条件，从上面 U0 公式可得下式公式可得下式 电桥电压灵敏度定义为电桥电压灵敏度定义为： 11RR21RnR1021(1)RnUEn

6、R0211(1)uUnKERnR41310124113() ()(1) (1)RRRRUERRRRRR11RR24100(1)udKndnn0211(1)uUnKERnR0U10114RUER14uKE2(1)unKEn10111111412RUERRR1021(1)RnUEnR1142230112234()()()()RR RRRRUERRRRRR 12RR 1234RRRR10112RUER01112uUKERR11RR1234RRRR 101RUERuK1)(1)RRRRUERRRRRR11RR0U1014REUR11000111210011121112LRRUUURRrRRRUURRR500065000 1020.01RKR130K 10001112111LRRrRRRR1112111LRRrRRRR0211(1)uUnKERnR 0UU11111RZRjwRC22222RZRjwR C33ZR44ZR0001()22ZZUUZ012ZUZ142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ1011 4ZUUZ10112ZUUZ101ZUUZ电阻调平桥路：电阻调平桥路：a）串联法）串联法b）并联法）并联法电容调平桥中；电容调平桥中；c）差动法）差动法d）阻容法）阻容法薄壁圆筒梁式弹性元件位移传感器梁式弹