《机械工程测试技术》课程PPT教学课件（传感器与检测技术）电阻应变式传感器

M灿19493. 1电阻应变式传感器基本描述利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器测量力、力矩、压力、加速度、重量等主要用途本章内容工作原理电阻应变片的特性应变片的粘贴技术测量电路应变式传感器的应用

3.1 电阻应变式传感器 ◼ 基本描述——利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传 感器 ◼ 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等 ◼ 本章内容 ◼ 工作原理 ◼ 电阻应变片的特性 ◼ 应变片的粘贴技术 ◼ 测量电路 ◼ 应变式传感器的应用

M19493.2.1应变式传感器的工作原理应变效应导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。1电阻应变片的工作原理是基于应变效应

◼ 应变效应——导体或半导体材料在外界力的作 用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化 ◼ 工作原理： 当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元 件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产 生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的 应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量 电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测 量的大小。 ◼ 电阻应变片的工作原理是基于应变效应 3.2.1 应变式传感器的工作原理

9仙1945UNINE3.2.1应变式传感器的工作原理-AL图应变效应一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：plR=A

3.2.1 应变式传感器的工作原理 图 应变效应 一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： A l R  =

M19453.2.1应变式传感器的工作原理当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长△I，横截面积相应减小△A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了△o，从而引起电阻值变化量为:dRd0+dAA2dRdLdAdp电阻相对变化量：RLAO式中：dL/L一一长度相对变化量，用应变?表示为dLTL

3.2.1 应变式传感器的工作原理 当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小ΔA，电阻 率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，从而引起电阻值变化量 为 ： A dA L d dL R dR = + −   式中：dL/L——长度相对变化量，用应变ε表示为 L dL  = 2 L L dR d dL dA A A A   ＝ ＋ − 电阻相对变化量：

MM19493.2.1应变式传感器的工作原理dA/A一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=2元rdr，则：dAdr2Ar材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，轴向应变和径向应变的关系可表示为：dLdr=一e一uL2负号表示应变方向相反。u为电阻丝材料的泊松比

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 ： r dr A dA = 2 材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长， 沿径向缩短， 轴向应变和径向应变的关系可表示为 ： = − = − L dL r dr μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。 3.2.1 应变式传感器的工作原理

M灿1949ZIUNIVER3.2.1应变式传感器的工作原理dpdR推得：RO=(1 +2μ)+8定义：（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化电阻丝的灵敏系数量。其表达式为dpdR=1+2μ+PRK=-8ARApK=1+2μ+二Rpo

推得： 定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化 量。其表达式为      d R dR K = = 1+ 2 +      d R dR = (1+ 2 ) + 1 2 R K R       = = + + 3.2.1 应变式传感器的工作原理

48M1949JNIVER也称应变(ε)在材料力学中，8=/称为电阻丝的轴向应变例如纵向应变，是量纲为1的数。ε通常很小，常用10-6表示之在应当&为0.000001时，在工程中常表示为1x10-6或um/m。变测量中，也常将之称为微应变（U)。K表示单位应变所引起的电阻相对变化，其大应变灵敏度系数（K）小由两个因素影响一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2u二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（△P/P）/8对金属材料:1+2μ>>（△p/p）/e对半导体材料:（△ p/ ) / ε >>1+2 μ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

• 应变(ε) 在材料力学中，=l/l 称为电阻丝的轴向应变，也称 纵向应变，是量纲为1的数。 通常很小，常用10-6表示之。例如， 当 为0.000001时，在工程中常表示为110-6或m/m。在应 变测量中，也常将之称为微应变(με)。 • 应变灵敏度系数(K0) K0表示单位应变所引起的电阻相对变化，其大 小由两个因素影响： ◼ 一是应变片受力后材料几何尺寸的变化， 即1+2μ ◼ 二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即（∆ρ/ρ）/ε。 ◼ 对金属材料：1+2μ＞＞(∆ ρ/ρ)/ε ◼ 对半导体材料：(∆ ρ/ρ)/ε＞＞1+2μ ◼ 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

4W1949UNI3.2.2电阻应变片的特性种类及结构弹性敏感元件及其基本特性灵敏系数横向效应绝缘电阻和最大工作电流应变片的温度误差及补偿页

3.2.2 电阻应变片的特性 ◼ 种类及结构 ◼ 弹性敏感元件及其基本特性 ◼ 灵敏系数 ◼ 横向效应 ◼ 绝缘电阻和最大工作电流 ◼ 应变片的温度误差及补偿 返 回 上一页 下一页

M1949UNINE种类及结构2332Si片基片引线丝式b)箔式a)图金属电阻应变片结构图体型半导体应变片

a) 丝式 b) 箔式 图 金属电阻应变片结构 1 1 2 2 3 3 图 体型半导体应变片 引线 Si片 基片 种类及结构

RM1949种类及结构金属电阻应变片种类：常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片两种。基片引线覆盖层衬底蚀刻箔片电阻丝衬底电阻丝式敏感栅(a)丝式(b)箔式金属电阻应变片结构1-敏感元件2、4-基底3-引线

◼ 金属电阻应变片 种类：常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变 片两种。 电阻丝 衬底 蚀刻箔片 衬底 (a)丝式 (b)箔式 金属电阻应变片结构 引 线 覆盖层 基 片 电阻丝式敏感栅 l b 种类及结构