传感器技术 课件 第3章 电阻应变式传感器.pptx

第3章电阻应变式传感器

3.1工作原理及分类

■电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片

粘贴到被测工件、或各种弹性敏感元件上，使

物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，

从而变成电阻值变化(△R/R)。

■根据应变片的材料不同，可分为两种

金属电阻应变片：应变效应

半导体应变片：压阻效应

3.1.1工作原理

1应变效应

应变效应：在导体产生机械形变时，导体的电阻值相应地

发生变化。

2应变片式电阻传感器的工作原理

电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应，将电

阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上(二者成为一个整体

),使物理量的变化转化为应变片的应力、应变变化，从

而转化为电阻值变化(△R/R)。

■在外力作用下，电阻应变片产生的应变ε,

导致其电阻值发生变化(后面分析怎样变化)

,应力与应变的关系为：简写为—→

应变片=E

敏感件

应变片敏感件=g=AE

、

,又有：应变片α△R

而C

因为电阻应变片粘贴到弹性敏感元件上成为一整体，△L/L既是应变

片的变形(应变ε),又是弹性敏感元件(称为工件、试件)的变

形(应变ε)。等式中，△L/L左侧是应变片的应变；右侧是被测弹

性敏感元件的应变，等于被测工件的应力g与弹性模量E的比值，应

力等同于压力(压强)。E、A(F的作用面积)是已知量。

后面会分析讲解，针对应变片，

其：与△R存在右式关系，

K是常数。

这样，应变片阻值变化就与被测量应变ε或外力σ、F联系起来。

应变效应推导：

电阻应变片

非电量一→应变电阻变化

弹性原件

传感器

电阻—应变效应：金属导体(电阻丝)的电阻值随其变

形(伸长或缩短)而发生变化的一种物理现象。

已知导体(一根圆截面的金属丝)的电阻：

Fd

1

R=pH金属丝的原始长度

S—金属丝的原始横截面积

金属丝的原始电阻

金属丝的原始电阻率

理论基础：

根据欧姆定律：

全微分

(※)

(※)式两边除以R,或得：

因为：

S=πr2dS/S=2·dr/r于是

dr/r为金属丝(半)径(方)向的相对变化，即径向应变为8,

或E,dL/L为金属丝轴向的相对变化，即径向应变为：

或,于是，由材料力学知：Er=-μEL=-μE

径向、

横向应变片金属

称为泊松比r

或

y轴向、纵向1或x

思考：负号的的物理意义

将微分dR、dp改写成增量△R、△p,且则

其中：

金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关

系。比例系数K称为金属丝(应变片)的应变灵敏系数。

(下页叙述中，不仅限于金属，也包括半导体。)

物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。

K由两部分组成：

①前一部分是(1+2μ),由材料的几何尺寸变化引起，