第3章電阻應(yīng)變式傳感器

1、被 測 量敏 感 元 件傳 感 元 件信 號 調(diào) 節(jié) 轉(zhuǎn) 換 電 路輔 助 電 源電 量 電位計式：電位計式：應(yīng)變式：應(yīng)變式：物理量變化物理量變化電阻變化電阻變化傳感元件傳感元件屬于屬于大電阻變化型大電阻變化型，R：0R傳傳屬于屬于微電阻變化型微電阻變化型，R：020%R傳傳物理量變化物理量變化變形變形（應(yīng)力、應(yīng)變）（應(yīng)力、應(yīng)變）敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件電阻變化電阻變化金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片金屬絲的電阻：金屬絲的電阻： ALRdRdAARdLLRdRdALdAARdLAdRdLdLLdLAdAdAdALdLRdR)1 (rdrLdL1金屬絲橫向應(yīng)變金屬絲軸

2、向應(yīng)變LdLrdr電阻絲材料的彈性模量壓阻系數(shù)電阻絲軸向應(yīng)力EEdrdrAdArALLL22ERdRL)21 (ERdRL)21 ( 由上式可知，電阻的相對變化量受兩個因素影響：一個是由電阻絲幾何尺寸引起的；另一個由電阻絲電阻率引起的。對金屬電阻絲來講后一項數(shù)值很小，可以忽略不計，則上式簡化為：)21 ( RdR 上式表明了電阻相對變化率與應(yīng)變成正比。比值S一般稱為電阻應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)或靈敏度SRdRRdRS21金屬絲的靈敏度表示金屬絲的靈敏度表示金屬絲產(chǎn)生單位變形金屬絲產(chǎn)生單位變形時，電阻相對變化的時，電阻相對變化的大小。大小。S由實驗求得。由實驗求得。q 金屬電阻應(yīng)變片有絲式和箔式兩種。都

3、是由敏感柵、基底、粘結(jié)劑和引線等組成。SRR 上式S為常數(shù)，通常很小，為了得到較大的R，就必須增大R值。4433URRRRRRRRU)(432142310URRRRRRRRU)(432142310q 假設(shè)假設(shè)R1=R2=R3=R4=R，R為應(yīng)變片感受應(yīng)變后為應(yīng)變片感受應(yīng)變后的電阻增量。則單臂電橋的輸出電壓為：的電阻增量。則單臂電橋的輸出電壓為：半橋單臂半橋單臂半橋雙臂半橋雙臂全橋全橋URRRURRRRRRRRU24434211033444433根據(jù)參與工根據(jù)參與工作的作的橋臂數(shù)橋臂數(shù)半橋半橋半橋單臂半橋單臂半橋雙臂半橋雙臂URRU410URRU210全橋全橋URRU0URRSU橋0因為因為R

4、R ，所以，所以URRU40SSUSRRSRdR橋即0RRU0022URRRRUZZZZZZZZU)(4321324103241ZZZZjZeZ )(32)(413241jjeZZeZZ3241ZZZZ3241溫度變化量系數(shù)電阻絲材料的電阻溫度電阻絲的初始電阻tRtRR應(yīng)變片的靈敏度數(shù)電阻絲材料的線膨脹系試件材料的線膨脹系數(shù)StRSR2121)(溫度變化溫度變化t以后，電阻絲總的電阻變化為：以后，電阻絲總的電阻變化為：tRStRRRRt)(21 由上式可知，溫度變化由上式可知，溫度變化t以后，電阻絲會以后，電阻絲會產(chǎn)生產(chǎn)生附加電阻附加電阻Rt。為了消除溫度的影響，提。為了消除溫度的影響，提高測量精度，必須進行高測量精度，必須進行溫度補償溫度補償。RtRtUoR5 tSRRRRt)(21)(21S電阻率)21 (RRq 半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻率變化引起的/遠大于由幾何變形引起的(1+2)，其電阻變化率為：)21 (RRRR半導(dǎo)體材料壓阻系數(shù)LLLLERREq 半導(dǎo)體