传感器与自动检测技术演示教程第03章 应变式传感器

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第 3 章 应变式传感器
3.1 工作原理
3.2 电阻应变片的温度误差及补偿
3.3 电阻应变片的测量电路
3.4 应变式传感器的应用
3.1 　工作原理
•应变
–物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象
•弹性应变
–当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的
应变
•弹性元件
–具有弹性应变特性的物体
应变式传感器概述
•是利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器
•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。
•结构：
–应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成
•应用：
–广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量
应变效应分析
•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，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为
“应变效应”。
一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：
图3-1 金属电阻丝应变效应
F
l
r
r
l
F
A
l
R
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
d
A
dA
l
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：
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。
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
K21
d
R
dR
)21(
灵敏系数 K受两个因素影
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（ dρ/ρ）/ε。
•对金属材料： 1+2μ＞＞ (dρ/ρ)/ε
•对半导体材料： (dρ/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。
分析：当半导体应变片受轴向力作用时， 其电阻相对变化为
d
R
dR
)21(
半导体应变片的电阻率相对变化量与所受的应变力有关：
E
d
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。
摘要：

第3章应变式传感器3.1工作原理3.2电阻应变片的温度误差及补偿3.3电阻应变片的测量电路3.4应变式传感器的应用3.1　工作原理•应变–物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象•弹性应变–当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变•弹性元件–具有弹性应变特性的物体应变式传感器概述•是利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器•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。•结构：–应变式传感器由弹性元件上粘贴电...

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