02電阻應變計式傳感器

1、第一節(jié)第一節(jié)應變式傳感器的基本原理和結構應變式傳感器的基本原理和結構(Principle(PrincipleStructureStructureofofStrainStrainGages)Gages)電阻式傳感器的基本原理將被測量的變化轉換成傳感器元件電阻值的變化，再經過轉換電路變成電信號輸出。其類型很多，常用來測量力、壓力、位移、應變、扭矩、加速度等，是目前使用最廣泛的傳感器之一。電阻式傳感器中的傳感元件有應變片、半導體膜片、電位器等

2、。由它們分別制成了應變式傳感器、壓阻式傳感器、電位器式傳感器等。本節(jié)是重點。應變式傳感器基本上是利用金屬的電阻應變效應將被測量轉換為電量輸出的一種傳感器。這類傳感器結構簡單，尺寸小，重量輕，使用方便，性能穩(wěn)定可靠，分辨率高，靈敏度高，價格又便宜，工藝較成熟。因此在航空航天、機械、化工、建筑、醫(yī)學、汽車工業(yè)等領域有很廣的應用。一.工作原理工作原理（理解、掌握）（理解、掌握）（一）金屬的電阻應變效應（一）金屬的電阻應變效應當金屬絲在外力作用

3、下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化，這種效應稱為電阻應變效應。設有一段長為l，截面積為A，電阻率為ρ的導體(如金屬絲)，它具有的電阻為：AlR??(21)當它受到軸向力F而被拉伸(或壓縮)時，其l、A和ρ均發(fā)生變化，如圖21所示，因而導體的電阻隨之發(fā)生變化。通過對式(21)兩邊取對數后再作微分，即可求得其電阻相對變化：??dAdAldlRdR???(22)代入式(23)，并考慮到實際上ΔRR，故可得??????????

4、mKCRdR?????2121(25)式中??????2121????CKm——金屬絲材的應變靈敏系數(簡稱靈敏系數)。上式表明：金屬材料的電阻相對變化與其線應變成正比。這就是金屬材料的應變電阻效應。對于金屬材料，??????21210?????CKKm?？梢娝蓛刹糠纸M成：前部分為受力后金屬絲幾何尺寸變化所致，一般金屬μ≈0.3，因此(12μ)≈1.6；后部分為電阻率隨應變而變的部分。以康銅為例，C≈1，C(12μ)≈0.4，所以此

5、時K0=Km≈2.0。顯然，金屬絲材的應變電阻效應以結構尺寸變化為主。對其他金屬或合金Km=1.8～4.8。2.2.半導體材料的應變電阻效應半導體材料的應變電阻效應史密茲(C.S.Smith)等學者很早發(fā)現，鍺、硅等單晶半導體材料具有壓阻效應(piezesistiveeffect)(詳見第11章)：??????Ed??(26)式中σ——作用于材料的軸向應力；π——半導體材料在受力方向的壓阻系數；E——半導體材料的彈性模量