應(yīng)變電阻傳感器教學(xué)課件

第2章應(yīng)變式傳感器2.1工作原理22電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償23電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路24應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳出。照值的變化,再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸x(力、加速度、荷重等〉彈性體應(yīng)變片應(yīng)變片電阻變化輸出電路電壓2.1工作原理應(yīng)變物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象m彈性應(yīng)變當(dāng)外力去除后,物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變■彈性元件具有彈性應(yīng)變特性的物體應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器工作原理當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上,彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形,產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移,然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片,引起應(yīng)變片的電阻值變化,通過(guò)測(cè)量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測(cè)量的大小。結(jié)構(gòu):應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成應(yīng)用:廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測(cè)量2.1.1應(yīng)變效應(yīng)分析與靈敏度系數(shù)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí),其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“應(yīng)變效應(yīng)”。Al圖4.1應(yīng)變效應(yīng)根金屬電阻絲,在其未受力時(shí),原始電阻值為RA當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí),將伸長(zhǎng)M,橫截面積相應(yīng)減小AA,電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了△p,從而引起電阻值變化量為:dr-LIo+pILl-pLLAirdpdLdA電阻相對(duì)變化量:RPLA式中:dLL長(zhǎng)度相對(duì)變化量,用應(yīng)變表示為L(zhǎng)dAA—圓形電阻絲的截面積相對(duì)變化量,設(shè)r為電阻絲的半徑,微分后可得dA=2mdr,則:dad2材料力學(xué):在彈性范圍內(nèi),金屬絲受拉力時(shí),沿軸向伸長(zhǎng),沿徑向縮短,軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為rdLul8μ為電阻絲材料的泊松比,負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。dR推得:R=(1+2)+定義:電阻絲的靈敏系數(shù)(物理意義):單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化量。其表達(dá)式為RK=R=1+2+ppeR4RE=1+2+R靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響一是應(yīng)變片受力后材料幾何尺寸的變化,即1+2n二是應(yīng)變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化,即(Δp/p)/ε。對(duì)金屬材料:1+2>>(△p/p)/對(duì)半導(dǎo)體材料: