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1、机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院12.应变式电阻传感器应变式电阻传感器丝式应变片丝式应变片 箔式应变片箔式应变片 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2(1).(1).应变效应应变效应导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。 传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量转换成电阻变化量的传感元件。 应变片受力应变片受力 应变应变 比例关系比例关系 比例关系比例关系 应变片电阻的变化应变片电阻的变化 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车
2、工程学院3(2).(2).工作原理工作原理式中，式中，导线的电阻率，又称为电阻系数导线的电阻率，又称为电阻系数 金属导线的金属导线的应变电阻效应应变电阻效应： 当金属丝由于受到轴向力当金属丝由于受到轴向力P P而伸长时，长度增长，截面积减而伸长时，长度增长，截面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院4S S由两部分组成：由两部分组成： 前一部分前一部分(1+2)(1+2)是由金属导
3、线的是由金属导线的几何变形几何变形引起的；引起的； 后一部分后一部分EE除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。本身的特性有关。 ：泊松系数，泊松系数，E:E:弹性模量，弹性模量，: :纵向应变，纵向应变，:压阻系数压阻系数 推导推导机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院5 金属应变片（金属应变片（ 不变）不变）金属应变计金属应变计 半导体应变片（半导体应变片（ 变化）变化）半导体应变计半导体应变计机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院6(3). (3). 应变片的主要参数应变片
4、的主要参数 1) 几何参数：表距几何参数：表距L和丝栅宽度和丝栅宽度b，制造厂常用，制造厂常用 bL 表示。表示。 2) 电阻值：应变计的原始电阻值。电阻值：应变计的原始电阻值。 3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院7(4).(4).金属应变计金属应变计金属应变计有金属应变计有: : 1 1、丝式丝式
5、 2 2、箔式箔式 3 3、薄膜式薄膜式优点优点: :精度高，测量范围广；精度高，测量范围广；使用寿命长稳定性和温度使用寿命长稳定性和温度特性好；体积小，重量轻，特性好；体积小，重量轻，价格便宜；频率响应好，价格便宜；频率响应好，可用于动态和静态测试。可用于动态和静态测试。缺点缺点: :灵灵敏度系数小敏度系数小.应变计机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院8(5).(5).半导体应变计半导体应变计应变计体型体型薄膜型薄膜型扩散型扩散型受到应力作用时，电阻率发生变化优点：应变灵敏度高，分辨率高，频率响应高;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件.缺点：温度稳定性和
6、可重复性不如金属应变片。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院9应变片受力后，电阻的变化dR 则则两边同除以R，同时R=L/A，则dL/L=金属导线长度的相对变化，称金属导线长度的相对变化，称纵向应变。纵向应变。d/导线电阻率的相对变化。导线电阻率的相对变化。 dA/A导线截面积的相对变化，称为称导线截面积的相对变化，称为称横向应变。横向应变。 (2).(2).工作原理工作原理机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院10对于圆形截面积的导线，若其半径为对于圆形截面积的导线，若其半径为r，则，则 横向应变横向应变dr/r和纵向应变
7、和纵向应变dL/L之比称为泊松比，即之比称为泊松比，即 故故 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院11E为导线材料的弹性模量，为导线材料的弹性模量，为压阻系数，与材料有关。为压阻系数，与材料有关。则则 已知已知当导体材料确定后，当导体材料确定后，、E均为常数，则均为常数，则(1+2+E)为为常数。常数。 灵敏度为：灵敏度为： 应变片电阻的相对变化率应变片电阻的相对变化率dR/R与应变与应变之间是线形关系之间是线形关系机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院12S由两部分组成：由两部分组成： 前一部分前一部分(1+2)单由金属导线的几何尺寸变化引起的；单由金属导线的几何尺寸变化引起的； 后一部分后一部分E是电阻率随应变而引起变化的部分，它除与是电阻率随应变而引起变化的部分，它除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。 返回返回
