2.2.電阻應(yīng)變計

1、12.22.2應(yīng)變片式電阻傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器電阻應(yīng)變片（絲）是應(yīng)變片式電阻傳感器的轉(zhuǎn)換元件，又叫電阻應(yīng)變計。電阻應(yīng)變計利用導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)，將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。導(dǎo)電材料主要有金屬和半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地電阻應(yīng)變計分為金屬電阻應(yīng)變計和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變計。2.2.12.2.1電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和原理電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和原理1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變計又分為絲式、箔式，它主要由敏感柵、基底、引線、蓋層和粘結(jié)劑等五部分組成。金屬絲應(yīng)

2、變計的結(jié)構(gòu)如圖2.2.1所示。蓋層基底引出線敏感柵粘結(jié)劑bl蓋層基底引出線敏感柵粘結(jié)劑bl圖2.2.1電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)在金屬絲應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)中，敏感柵是最重要的組成部分，它通常由直徑為0.015~0.05mm的金屬絲繞成柵狀，金屬應(yīng)變計之所以要制成柵狀，是為了在較小的尺寸范圍內(nèi)有較大的應(yīng)變輸出。圖中表示柵長，l表示柵寬。b為保持敏感柵的形狀、尺寸和位置，用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。基底還要將試件應(yīng)變準(zhǔn)確傳遞給敏感柵，因此它必須很

3、薄，一般為0.02~0.04mm。蓋層是敏感柵的保護(hù)層，通常也為紙質(zhì)或膠質(zhì)材料。引線將敏感柵的輸出引至測量電路，為低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。粘結(jié)劑把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底。在使用應(yīng)變計時，它將應(yīng)變計基底粘貼在被測試件表面，因此還起著傳遞應(yīng)變的作用。測試時，將應(yīng)變計牢固地粘貼在被測試件的表面。隨著試件的受力變形，應(yīng)變計的敏感柵也得到同樣的變形。根據(jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)，敏感柵的電阻值將隨之發(fā)生變化，并正比于試件的應(yīng)變，由此就可反映出外

4、界作用力的大小。因此電阻應(yīng)變效應(yīng)是電阻應(yīng)變片工作的物理基礎(chǔ)。2電阻應(yīng)變計的工作原理電阻應(yīng)變計的工作原理Fldl?l2()rdr?2rFFldl?l2()rdr?2rF圖2.2.2導(dǎo)電材料受拉伸后的參數(shù)變化有一段電阻絲如圖2.2.2所示，在未受到外力時的原始電阻值為SlR??（2.2.1）其中是電阻絲的電阻率，是長度，是橫截面積。當(dāng)受到軸向拉力時，其軸向被拉長至，?lSFlldl??徑向被壓縮至，同時電阻率將發(fā)生變化，顯然電阻也隨之變化，

5、其變化的絕對電阻為rrdr??2lldRddldSSSS??????（2.2.2）3（2.2.9）其中為半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)應(yīng)變靈敏系數(shù)。(12)skE?????因此半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)可表述為：半導(dǎo)體材料的電阻相對變化與線應(yīng)變成正比。3）導(dǎo)電絲材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)綜合（2.2.7）、（2.2.9）式，導(dǎo)電絲材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)可寫成0RkR???（2.2.10）其中為導(dǎo)電絲材料的應(yīng)變靈敏度應(yīng)變靈敏度。0k對于金屬材料，其中第一部分

6、為金屬絲受力后其幾何尺寸變0(12)(12)mkkC???????(12)??化所致，一般，因此；第二部分為電阻率隨應(yīng)變而變所致，以康銅為例，，0.3??(12)1.6???1C?，此時。因此金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主，一般在(12)0.4C???02.0mkk??mk1.8~4.8范圍內(nèi)。對于半導(dǎo)體材料，，第一部分與金屬材料相同，為結(jié)構(gòu)尺寸變化所致，后一0(12)skkE??????部分是半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)引起的。一般

7、，因此，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電(12)E?????0mkkE???阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)，通常，半導(dǎo)體材料應(yīng)變電阻效應(yīng)的靈敏度高于金屬材料。??50~80smkk?2.2.22.2.2電阻應(yīng)變片的特性電阻應(yīng)變片的特性由于一般應(yīng)變片多為一次性使用，其工作特性指標(biāo)是從批量生產(chǎn)中按比例抽樣實測而得。1靜態(tài)特性靜態(tài)特性表征電阻應(yīng)變片靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有靈敏系數(shù)（靈敏度指標(biāo)）、機械滯后（滯后指標(biāo)）、蠕變（穩(wěn)定性指標(biāo)）、應(yīng)變極限（測量范圍）等。1）靈敏

8、系數(shù)（）k具有初始電阻值的應(yīng)變計粘貼于試件表面，試件受力所引起的表面應(yīng)變將傳遞給敏感柵，使其產(chǎn)R生電阻相對變化，在一定范圍內(nèi)有RR?xRkR???（2.2.11）其中為應(yīng)變計的軸向應(yīng)變，表示在軸向單向應(yīng)力作用下電阻的相對變化；為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)。x?k注意，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和導(dǎo)電絲材的靈敏系數(shù)（金屬、半導(dǎo)體）是兩個不同的概念。具k0kmksk體地說，表示的是制成柵狀的敏感柵的靈敏系數(shù)，而表示的是敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)。k0k