应变式电阻传感器的工作原理

  仪器网 ·  2012-07-14 23:39  ·  20597 次点击
电阻式应变片是一种能将试件上的应变变化转换为电阻变化的传感元件。
以金属丝电阻应变片为例介绍其工作原理。用一根具有高电阻系数的金属丝如康铜或镍铬合金等,直径d=0.025mm,绕成栅形,枯贴在绝缘的基片和授盖层之间,由引出导线接于电路上。当金属丝电阻应变片在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,此现象称之为电阻应变效应。如图3-1所示,这也是电阻应变片工作的物理基础。
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在测量时,将应变片用猫结剂牢固地粘结在被测试件的表面上,随着试件受力变形,应变片的敏感栅也获得同样的变形,从而使其电阻随之发生变化,此电阻变化是与试件应变成比例的,这样就可以反映出外界作用力的大小.
敏感栅是应变片的核心部分,它枯贴在绝缘的基片上,其上再枯贴起保护作用的覆盖层.两端焊接引出导线。
金属电限应变片的敏感栅有丝式、梢式和薄膜式三种。箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成一种很薄的金属梢栅.其厚度一般在0.003-0.01mm。其优点是散热条件好,允许通过的电流大,可制成各种所需的形状,便于批最生产。薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘片上形成0.1pm以下的金属电阻薄膜的敏感栅,最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏度系数大,允许电流密度大,工作范朋广。
半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是4于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应是指半导体材料在某一轴受外力作用时,其电限率发生变化的现象.半导体应变片突出的优点是灵敏度高.比金属丝式高50-80倍,尺寸小,但它有温度系数大,应变时非线性比较严重等缺点。
目前,一般多采用箔式应变片。
以金属电阻丝为例来讨论应变片的应变效应(图3-2),
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导体的电阻值可以用下式计算:[attach]50065[/attach]
当此电阻丝两端受拉以后,其尺寸将发生变化,长度伸长而横截面将减小,一般P值也发生变化,对式(3-1)进行微分得
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