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1、1第3章 电阻应变式传感器第3章 电阻应变式传感器第3章 电阻应变式传感器3.1 工作原理工作原理3.2 应变片的种类、 材料及粘贴应变片的种类、 材料及粘贴3.3 电阻应变片的特性电阻应变片的特性3.4 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路3.5 应变式传感器的应用应变式传感器的应用2第3章 电阻应变式传感器3.1 工 作原理工 作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为“应变效应”。 如图3 - 1所示，一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为AlR=（3-1）3第3章 电阻应变式传感器式中： 电阻
2、丝的电阻率； l电阻丝的长度； A电阻丝的截面积。伸长（书图3-2）PP.234第3章 电阻应变式传感器当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长l，横截面积相应减小A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了d，从而引起电阻值相对变化量为d AdA ldl RdR+=（3-2）式中：dl/l长度相对变化量，用应变表示为ldl=（3-3）AlR=-轴向应变轴向应变5第3章 电阻应变式传感器dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2r dr，则rdr AdA2=（3-4）E半导体材料的弹性模量;材料的应变。将式（3-10）代入式（3-9）中得)21 (ERdR+=（3
3、-11）实验证明，E比1+2大上百倍，所以1+2可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为:12第3章 电阻应变式传感器ERdRK=（3-12）当应变片电阻值变化量为R时，被测对象的应变值可求， 根据应力与应变的关系，得到应力值为=E（3-13）13第3章 电阻应变式传感器3.2 应变片的种类、材料及粘贴应变片的种类、材料及粘贴3.2.1 金属电阻应变片的种类金属电阻应变片的种类（书图3-1）PP.2214第3章 电阻应变式传感器图3-3 常用应变片的形式15第3章 电阻应变式传感器3.2.2 金属电阻应变片的材料金属电阻应变片的材料对电阻丝材料应有如下要求： 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内
4、保持常数； 值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值； 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。16第3章 电阻应变式传感器表表3-1 常用金属电阻丝材料的性能常用金属电阻丝材料的性能（b） 应变片粘贴根据以上特点，一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片，然后接成全桥测量电路。trxh RpR2R1R4R3rt(a)(b)68第3章 电阻应变式传感器应变变化曲线的特点：应变变化曲线的特点：当当x=0时，时，rmax=tmax；当；
5、当x=R时，时，t=0， ， r=2rmax。 。 特点的应用：特点的应用：一般在平膜片圆心处切向粘贴一般在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴两个应变片， 在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片，然后接成全桥测量电路。 避开位置。两个应变片，然后接成全桥测量电路。 避开位置。3/Rx =0=r3/Rx =EhRPtr2228)1 (3=EhRPr2224)1 (3=69第3章 电阻应变式传感器3.5.3 应变式容器内液体重量传感器应变式容器内液体重量传感器& Uo=U1-U2=(K1-K2)hg（3-60）式中, K1，K2为传感器传输系数。图3-16 应变片容器内
6、液体重量传感器插入式测量容器内液体重量 传感器的输出插入式测量容器内液体重量 传感器的输出：70第3章 电阻应变式传感器71第3章 电阻应变式传感器AQgh=（3-61）由于hg表征着感压膜上面液体的重量，对于等截面的柱式容器， 有式中: Q为容器内感压膜上面溶液的重量； A为柱形容器的截面积。感压膜感受上面液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器感压膜感受上面液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为 ：的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为 ：结论：结论：电桥输出电压
7、与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。0US h g=0S QUA=72第3章 电阻应变式传感器将上两式联立，得到容器内感压膜上面溶液重量与电桥输出电压之间的关系式为AQKKUo)(21=（3-62）上式表明，电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此用此种方法可以测量容器内储存的溶液重量。73第3章 电阻应变式传感器3.5.4 应变式加速度传感器应变式加速度传感器用途用途：物体加速度的测量。工作原理工作原理：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比， 与物体的质量成反比，即a=F/m。图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图32141等等等等； 2质质质； 3壳壳； 4电电电电电电电壳&
