2.2.電阻應變計_第1頁
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文檔簡介

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

2、變計的結構如圖2.2.1所示。蓋層基底引出線敏感柵粘結劑bl蓋層基底引出線敏感柵粘結劑bl圖2.2.1電阻應變計的結構在金屬絲應變計的結構中,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,用粘結劑將其固結在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上?;走€要將試件應變準確傳遞給敏感柵,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。粘結劑把蓋層和敏感柵固結于基底。在使用應變計時,它將應變計基底粘貼在被測試件表面,因此還起著傳遞應變的作用。測試時,將應變計牢固地粘貼在被測試件的表面。隨著試件的受力變形,應變計的敏感柵也得到同樣的變形。根據(jù)電阻應變效應,敏感柵的電阻值將隨之發(fā)生變化,并正比于試件的應變,由此就可反映出外

4、界作用力的大小。因此電阻應變效應是電阻應變片工作的物理基礎。2電阻應變計的工作原理電阻應變計的工作原理Fldl?l2()rdr?2rFFldl?l2()rdr?2rF圖2.2.2導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)其中為半導體材料的應變靈敏系數(shù)應變靈敏系數(shù)。(12)skE?????因此半導體材料的應變電阻效應可表述為:半導體材料的電阻相對變化與線應變成正比。3)導電絲材料的應變電阻效應綜合(2.2.7)、(2.2.9)式,導電絲材料的應變電阻效應可寫成0RkR???(2.2.10)其中為導電絲材料的應變靈敏度應變靈敏度。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。因此金屬絲材的應變電阻效應以結構尺寸變化為主,一般在(12)0.4C???02.0mkk??mk1.8~4.8范圍內(nèi)。對于半導體材料,,第一部分與金屬材料相同,為結構尺寸變化所致,后一0(12)skkE??????部分是半導體材料的壓阻效應引起的。一般

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

8、系數(shù)()k具有初始電阻值的應變計粘貼于試件表面,試件受力所引起的表面應變將傳遞給敏感柵,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)其中為應變計的軸向應變,表示在軸向單向應力作用下電阻的相對變化;為應變片的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)。x?k注意,應變片的靈敏系數(shù)和導電絲材的靈敏系數(shù)(金屬、半導體)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變絲的靈敏系數(shù)。k0k

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