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第2章 电阻式传感器 2.1电阻应变式传感器 2.2压阻式传感器 2.3热电阻式温度传感器 概述 电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。 将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经电路处理后以电信号的方式输出。 2.1.1电阻应变片的工作原理（应变效应） 电阻应变片简称应变片：一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。 电阻应变效应：金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。 原因：因为金属丝的电阻、材料的电阻率与其几何尺寸有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，它们都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。 金属丝电阻率的相对变化与其轴向所受应力s 有关，即 式中 e ——金属丝材料的应变(轴向) E ——金属丝材料的弹性模量 l ——压阻系数，与材料有关 m ——为金属材料的泊松比 dr/r —金属丝电阻率的相对变化量 灵敏系数 K0为单根金属丝的灵敏系数 物理意义：当金属丝发生单位长度变化（应变）时，K0的大小为电阻变化率与其应变的比值，亦即单位应变所引起的电阻值变化量。 金属材料：K0以前者为主，则 （应变效应）。 半导体材料：K0利用值主要由电阻率变化引起（压阻效应）。 举例1： 某应变片的电阻R=350 ，灵敏系数K=2.05，用作应变 的传感元件。 求： 解： 举例2： 一个K=2.1的350 应变片粘贴在铝支柱（其弹性模量E=73GPa）上。支柱的外径为50mm，内径为47.5mm。试计算当支柱承受1000kg负荷时电阻的变化。（提示： 为测试的应力； 为应变； E为材料的弹性模量） 举例3 如果将100 的电阻应变片粘贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5*10-4m2，弹性模量E=2*1011N/m2，若有 F=5*104N的拉力引起电阻变化为1 。试求该应变片的灵敏度系数。 （提示： 为测试的应力； 为应变； E为材料的弹性模量） 2.2.2电阻应变片的结构、类型及参数 1.应变片的基本结构 2.电阻应变片的种类及特点 1）电阻丝式应变片 电阻丝式应变片的敏感元件是丝栅状的金属丝，它可以制成U型、 V型和H型等多种形状 电阻丝式应变片因使用的基片材质又可以分为纸基、纸浸胶基和胶基等种类。 ??????????? 2）箔式应变片 箔式应变片的工作原理和结构与丝式应变片基本相同，但制造方法不同。它采用光刻法代替丝式应变片的绕线工艺。 2）箔式应变片 尺寸小、图形准确 横向效应很小 容许电流大 疲劳寿命长 生产效率高 3.金属应变片的参数 1）几何尺寸 2）电阻值R 应变片没有粘贴也不受力时，在室温下测定的电阻值（标准化的阻值）。 应变片阻值有一个系列，如60W、120W、350W、600W和1000W，其中以120W最为常用。 3）最大工作电流 允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流。 工作电流大，应变片输出信号大，灵敏度高，但过大的电流会把应变片烧毁。 4）绝缘电阻 应变片引线与被测试件之间的电阻值，它取决于粘合剂及基底材料的种类。绝缘电阻过低，会造成应变片与试件之间漏电，产生测量误差。 5）相对灵敏系数 应变计的灵敏系数直接关系到应变测量的精度。 K值通常采用从批量生产中每批抽样，在规定条件下通过实测确定——即应变计的标定,故K又称标定灵敏系数。 标定条件：①试件材料取泊松比μ=0.285的钢；②试件单向受力；③应变计轴向与主应力方向一致。 实验发现：实际应变片的K值比单丝的K值要小 原因：横向效应；粘结层传递变形失真。 定性分析 当将应变片粘贴在被测试件上时, 敏感栅是由n条长度为L的