试验七电阻应变片传感器灵敏度的测量.PDF

实验七 电阻应变片传感器灵敏度的测量 在众多的传感器中，有一大类是通过电阻参数的变化来实现电测非电量目的的，它们 统称为电阻式传感器．由于各种电阻材料受被测量(如位移、应变、压力、温度、加速度等) 作用转换成电阻参数变化的机理各不相同，因而电阻式传感器的种类多且应用范围广．其 中常用的就是利用某些金属或半导体材料制成的电阻应变片传感器，它是一种力敏传感器． 【实验目的】 1 ．了解电阻应变片传感器的转换原理； 2 ．掌握电阻应变片直流电桥的 作原理和特性； 3 ．利用电阻应变片直流电桥测量传感器的电压输出灵敏度． 【实验原理】 1 ．应变片的转换原理 电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感元件的弹性元件和变换测量电路组成．被测 力学量作用在一定形状的弹性元件上（如悬臂梁等）使之产生变形．这时，粘贴在其上的 电阻应变敏感元件将力学量引起的形变转化为自身电阻值的变化，再由变换测量电路将电 阻的变化转化为电压变化后输出． 工程中使用最多的电阻应变敏感元件是金属箔或半导体电阻应变片． 考查一段园截面的导体 （金属丝），图1，设其长为L ，截面积为A （直径为D ），原始 电阻为R L R r （1） A 式中，r 为金属丝的电阻率． 当金属丝受到轴向力F 而被拉伸（或压缩）产生形变，其电阻值会随之变化．通过对 （1）式两边取对数后再取全微分得： L D F F D- D L 图1 金属丝拉伸后的电阻变化 图2 直流电桥原理 48 dR dL dA dr （2 ） R L A r dL dA dD 式中 e 为材料轴向线应变，且 2 ．根据材料力学，在金属丝单向受力状态下， L A D 有 dD dL m （3 ） D L 式中m为导体材料的泊松比．因此，有 dR dL dr (1 2m ) （4 ） R L r 实验发现，金属材料电阻率的相对变化与其体积的相对变化间的关系为 dr dV c （5 ） r V dV dL dA 式中，c 为常数 （由一定的材料和加工方式决定）， (1 2m )e ．将式 （5 ） V L A 代入（4 ），且当 RR 时，可得