电阻应变计式传感器.ppt

第2章 电阻应变计式传感器
电阻应变计的应用

第2章 电阻应变计式传感器
电阻应变计的主要特性


测量电路

电阻应变计式传感器


电阻应变计的温度效应及其补偿

电阻应变计的基本原理与结构

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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
一、导电材料的应变电阻效应
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，其电阻值发生变化， 这种现象称为“应变效应”。 
如图2 - 1所示，一根长 ，截面积为A的金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：
（2-1）
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
（2-2）
当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长dl，横截面积相应减小dA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为：
导体受拉伸后的参数变化
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
式中dl/l= ε——材料的轴向线应变，常用单位με(1με=1×10-6mm/mm);
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=2πr dr，则 ：
其中  r——导体的半径，受拉时r缩小；
μ——导体材料的泊松比。
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
可得：
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为 ：
（2-3）
（2-4）
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
灵敏系数K受两个因素影响：材料几何尺寸的变化， 即1+2μ；材料的电阻率发生的变化， 即（dρ/ρ）/ε。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内， 电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。

对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。对金属或合金, 一般Km=～。

而半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多。
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)

压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。
式中：π——半导体材料的压阻系数;σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量;ε——半导体材料的应变。
（2-5）
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则：
由于πE>>(1+2μ)，因此半导体丝材的Ks≈πE。可见，半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。通常Ks=(50～80)Km。
（2-6）
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第2章 电阻应变式传感器(Resistive Strain Gauge Sensors)
二、电阻应变计的结构与类型
结构：
典型应变计的结构及组成
(a)丝式 (b)箔式 (c)半导体
1—敏感栅 2—基底 3—引线 4—盖层 5—粘结剂 6—电极
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