【正文】 電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對變化量。 (1)、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （1—5） 其靈敏度系數(shù)為： K = 金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。 (2)、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R≈dρ?ρ。半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因為它有遠比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負（使電阻減小）的壓阻效應(yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。 半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。 貼片式應(yīng)變片應(yīng)用 在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用 N 型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴散出敏感柵），制成擴散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。 ＊本實驗以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。 箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為 的金屬絲或金屬箔制成，如圖1—1所示。 (a) 絲式應(yīng)變片 (b) 箔式應(yīng)變片 圖11應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/L為電阻絲長度相對變化。 箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D 圖12 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗原理圖 對單臂電橋輸出電壓U01=EKε/4。 三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、177。15V 電源、177。4V 電源、萬用表(自備)。 四、實驗步驟： 根據(jù)圖(13)應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的 RRRR4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω，加熱絲阻值為 50Ω左右。 圖13 應(yīng)變式傳感安裝示意圖 接入模板電源177。15V(從主控箱引入)，檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實驗?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器 Rw3 順時針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進行差動放大器調(diào)零，方法為將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端 Vi 相連，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器 RW4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開關(guān)打到 2V 檔)。關(guān)閉主控箱電源。 將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片 R1(即模板左上方的 R1)接入電橋作為一個橋臂與 RRR7 接成直流電橋(RRR7 模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器 Rw1，接上橋路電源177。4V(從主控箱引入)如圖 14 所示。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié) Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。 圖14 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖 在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到 200g 砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表 11，關(guān)閉電源。 表 11 重量(g) 。 電壓(mv) 根據(jù)表 11 計算系統(tǒng)靈敏度 S，S=Δu/ΔW(Δu 輸出電壓變化量；ΔW 重量變化量)計算線性誤差：δf1=Δm/yFS100%式中Δm 為輸出值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大偏差，yFS 滿量程輸出平均值。 五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：(1)正(受拉)應(yīng)變片 (2)負(受壓)應(yīng)變片 (3)正、負應(yīng)變片均可以。 實驗數(shù)據(jù)處理：實驗二 金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實驗 一、 實驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。 二、 基本原理：不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓 U02=EK/ε2。 圖 21 應(yīng)變片半橋特性實驗原理圖 三、 需用器件與單元：同實驗一。 四、實驗步驟： 傳感器安裝同實驗一。做實驗(一)2 的步驟，實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零。 將適當?shù)膬善瑧?yīng)變片接入橋路。RR2 為實驗?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意 R2 和 R1 受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源177。4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rw1 進行橋路調(diào)零，實驗步驟 4 同實驗一中 5 的步驟，將實驗數(shù)據(jù)記入表 21，計算靈敏度 S=ΔU/ ΔW，非線性誤差δf2。若實驗時無數(shù)值顯示說明 R2 與 R1 為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個應(yīng)變片。 表 21 半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值 重量(g) 。 電壓(mv)