电阻应变式传感器基本原理、结构和应用技术

6/12一、原理由欧姆定律知，对于长为积为其电阻

、电阻率为 的导体，假设、和 均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，有设半径为 的圆导体，=，代入上式，电阻的相对变化为由于则式中 ——导体的纵向应变其数值一般很小常以微应变 量，1 =10－6 ；——材料泊桑比，一般金属 ——压阻系数，与材质有关；E——材料的弹性模量。上式中，表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量；表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。假设定义导体产生单位纵向应变时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则明显，SS愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。二、金属电阻应变片１.构造形式原理：对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可无视，得：向效应大.值、灵敏度、允许电60Ω、120Ω、350Ω600Ω1000Ω120Ω用得最多。的平均灵敏度系数值。2.其他构造形式三、半导体应变片构造形式率变化引起的电阻变化，前者可无视不计，可得从而可得半导体应变片灵敏度系数为半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ可达60～150，能直接与记录仪器连接而不需放大器，使测量系统简化。此外，其横向效应小，机械滞后小和体积小。缺点是电阻值和灵敏度的温度稳定性差。当应变较大时，非线性严峻。由于受晶向、杂质等因素影响，灵敏度分散度大。学习时留意观看应变片粘贴的位置及方向。四、应用BLR-1接线座将信号引出。其电阻的变化与被测外力成正比。应用电阻应变片通过不同的弹力体来测力。(１)柱式度大,稳定性好.(２)环式(３)双端固定梁式这种构造当梁受力过载时简洁产生非线性误差.梁和壳体一般是做成一体,(４)悬臂梁式高等特点.2．电阻应变式位移传感器 图示10/12伸长,使悬臂梁变形，从而引起应变片电阻发生变化.这种方法可用于测力、位移、压力、加速度等物理参数。的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。9.2.1电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。应变式传感器特点①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定牢靠；③构造简洁，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。1、应变式传感器的工作原理金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生气械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。公式推导：假设金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则:(9.1)假设金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度LdLSdSρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得:对于圆形截面有：(9.3)

(9.2)为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数:(9.9)将式(9.9)代入(9.3)得:(9.5)将式(9.5)代入(9.2)，并整理得：(9.6)(9.7)或K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。公式简化过程：由式可以明显看出金属材料的灵敏系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的即项另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量K0为常数，于是可以写成：(9.8)通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。应变片的根本构造l 应变片的根本构造l 称为栅长(标称为栅宽(基宽)，b×l称为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如3×20mm2，120Ω。构造简介>>电阻丝应变片是用直径