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第三章电阻式传感器
在众多传感器中有一大类是通过电阻参数的变化来达到非电量电测量的目的它们被统统称
, ,
为电阻式传感器这是一种将被测信号的变化转换成电阻值变化然后再经相关测量电路处理
。,
后在终端仪器仪表上显示或记录下被测量变化状态的测量装置置利用电阻式传感器可进行位
, 、。
移形变力力矩加速度温度湿度等物理量的测量由于各种电阻材料在受到被测量作用时
、、、、、、。
转换成电阻参数变化的机理各不相同因而在电阻式传感器中就形成了许多种类本章主要介
, 。
绍电阻应变片式传感器气敏湿敏电阻传感器等其他的电阻式传感器如热电阻热敏电阻
, 、, ( , )
将在以后的章节中介绍
。
第一节电阻应变片式传感器

电阻应变片式传感器具有悠久的历史也是目前应用比较广泛的传感器之一将电阻应变
, 。
片粘贴在各种弹性敏感元件上加上相应的测量电路后就可以检检测位移加速度力力矩等参数
, 、、、
变化电阻应变片是电阻应变片式传感器的核核心器件这种传感器具有结构简单使用方便性
。。、、
能稳定可靠易于自动化多点同步测量远距离测量和遥测等特点并且测量的灵敏度速度都
, 、、, ,
很高无论是静态测量还是动态测量都很适用因此在机械械电力化工建筑医疗航空等领域
, , 、、、、、
都得到了广泛的应用
。
一电阻应变片的结构工作原理
、、
应变片结构与类型
1畅
电阻应变片简称应变片的结构形式各异但其结构组成与图给给出的电阻丝式应变
( ) , 3 -1
片的结构基本相同图中 L 为应变片的标标距或称工作基长它是敏感栅栅沿轴向测量变形的有
。( ),
效长度 b 为敏感栅栅的宽度或称基宽
; ( )。
图电阻丝式应变片基本结构
3 -1
基底敏感栅栅覆盖层引线
1— 2— 3— 4—
应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类金属片又有丝式箔式薄膜式之分图
。、、。
24
· ·
列举了几种不同类型的电阻应变片其中金属丝式应变片使用最早最多它有纸基型胶基
3 -2 。, 、
型两种因其制作简单性能稳定价格格低廉易于粘贴而被广泛使用箔式应变片是通过光刻
。、、、。、
腐蚀等工艺将电阻箔片在绝绝缘缘基片上制成各种图案案而形成的应变片其厚度通常在
, , 0畅001 ~
之间因其散热效果好通过电流大横向效应小柔柔性好寿命长工艺成熟且适于大
0畅01 mm 。、、、、、
批量生产而得到广泛使用薄膜式应变片是薄膜技术发展的产物它是采用真空蒸镀的方法成
。,
形的因其灵敏系数高又易于批量生产而备受重视半导体应变片是用半导体材料作为敏感栅栅
, , 。
而制成的其灵敏度高一般比丝式箔式高几十倍横向效应小
, ( 、), 。
图电阻应变片
3 -2
金属丝式应变片金属箔式应变片半导体应变片
( a) ( b) ( c)
工作原理
2畅
电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应即导体或半导体材料在外力作用下产生机械械
,
变形拉伸或压缩缩时其电阻值也要随之发生相应的变化金属丝的电阻 R 与材料的电阻率
( ) , 。( )
及其几何尺寸长度 L 截面积 A 有关即
(ρ) ( 、) ,
L
R ρ
=A
金属丝在承受机械械变形的过程中 L A 都要发生相应变化因而就必然要引起金属丝的电阻值发
, , ,
生变化工程上正是利用了这一原理设计制造了一系列的应变片满足信号检检测的需要初始
。, 。
电阻值为 R 的应变片粘贴在弹性敏感元件表面时在一定应变范围内应满足
, ,
R
Δ K
R = ε
式中 K 为应变片的灵敏度系数为应变片的应变与主应力方向一致
, ;ε, 。
二应变片参数
、
为了正确选用应变片必须对影响其工作特性的主要参数有所了解主要有以下几项
, , 。
标标准电阻值 R
1畅( 0 )
指的是应变片的原始阻值单位为主要规格格有
, Ω, 60,(90),120,(150),200,(250),500,
等
(650),1000 。
绝绝缘缘电阻 R
2畅( G )
指的是敏感栅栅与基片之间的电阻值一般应大于
, 10 MΩ。
灵敏系数 K
3畅( )
指的是应变片安装到被测物体表面后在其轴线方向上的单向应力作用下应变片阻值的相
, ,
对变化与被测物表面上安装应变片区域的轴向应变之比
。
25
· ·
应变极限
4畅(ξmax )
指的是恒温时的指