電阻應(yīng)變計式傳感器(2)-展示頁
2025-05-09 02:36本頁面
【正文】 壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料，當(dāng)某一軸向受外力作用時， 其電阻率 ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。這就是金屬材料的 應(yīng)變電阻效應(yīng) 。 對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數(shù)表達式中 1+2μ的值要比 (dρ/ρ)/ε大得多， 顯然，金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以 結(jié)構(gòu)尺寸變化 為主。 其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化量，其表達式為： ???? dRdR ??? )21( （ 23） ?????dRdRK ???? 21（ 24） 8 靈敏系數(shù) K受兩個因素影響：材料幾何尺寸的變化， 即 1+2μ；材料的電阻率發(fā)生的變化， 即（ dρ/ρ） /ε。 ————圓形電阻絲的截面積相對變化量，設(shè) r為電阻絲的半徑： 其中 μ —— 導(dǎo)體材料的泊松比。 4 5 ??dAdAldlRdR ??? （ 22） 當(dāng)電阻絲受到拉力 F作用時，將伸長 dl，橫截面積相應(yīng)減小 dA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對變化量為： AlR ?? 一根長 l，截面積為 A的金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為： （ 21） l l+dl 2r 2(rdr) F 圖 導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化 6 ??22 ??? rdrAdAldlAdAdr/r為金屬絲半徑的相對變化，即徑向應(yīng)變?yōu)?εr， 由材料力學(xué)知： εr= –με A=πr2 dA/A=2當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長時，會發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為 ?）。 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于 應(yīng)變效應(yīng) ，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為 “ 應(yīng)變效應(yīng) ” 。第 2章 電阻應(yīng)變計式 傳感器 電阻應(yīng)變計的應(yīng)用 第 2章 電阻應(yīng)變計式傳感器 電阻應(yīng)變計的主要特性 測量電路 電阻應(yīng)變計式傳感器 電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及其補償 電阻應(yīng)變計的基本原理與結(jié)構(gòu) 一、導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) ?電阻應(yīng)變式傳感器是目前用于測量力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。 ?電阻應(yīng)變式傳感器是 利用應(yīng)變效應(yīng)制造的一種測量微小變化量 (機械 )的理想傳感器。 3 實驗演示 ： 取一根細電阻絲，兩端接上一臺數(shù)字式歐姆表（分辨率為 1/2022），記下其初始阻值（圖中為 ?） 。 測量應(yīng)力、應(yīng)變、力的傳感器就是利用類似的原理制作的。dr/r 式中 —— 材料 的軸向線應(yīng)變，用 ε 表示，常用單位με (1με =1 106mm/mm)。 7 可得： 通常把單位應(yīng)變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)（簡稱 靈敏系數(shù) ）。大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，即 K為常數(shù)。金屬材料的電阻相對變化與其線應(yīng)變成正比。對金屬或合金 , 一般 Km=～ 。 式中： π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù) 。 E——半導(dǎo)體材料的彈性模量 ?？梢?，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于 壓阻效應(yīng) 。 ??? )21( ERdR ???（ 26） 11 金屬 半導(dǎo)體應(yīng)變片特性小結(jié) : ?靈敏度 ?金屬電阻絲 : Km=1+2 ?, ?為金屬材料的泊松系數(shù) , ? =~ ?半導(dǎo)體材料 : Ks=(50~80)Km, 可測微小應(yīng)變（ 600微應(yīng)變，長度相對變化量為 106為 1微應(yīng)變） ?線性度 ?金屬電阻絲： 非線性誤差小，在較大測量范圍內(nèi)應(yīng)變片靈敏系數(shù)基本不變。 ?動態(tài)特性 ?金屬電阻絲： 響應(yīng)速度在低頻時較好，但隨頻率提高，響應(yīng)速度有可能跟不上而導(dǎo)致失真 ?半導(dǎo)體材料： 因體積小，保證響應(yīng)速度良好的頻率范圍較寬。 14 ? 二、電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)與類型 圖 典型應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)及組成 (a)絲式 (b)箔式 (c)半導(dǎo)體 1— 敏感柵 2— 基底 3— 引線 4— 蓋層 5— 粘結(jié)劑 6— 電極 15 二、電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)與類型 結(jié)構(gòu)： (1)敏感柵 :實現(xiàn)試件表面應(yīng)變－－電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。 (2)基底 :為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常用粘結(jié)劑將其固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。 (3)引線 :起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。 16 二、電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)與類型 (4)蓋層：用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護層；起著防潮、防蝕、防損等作用。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。有機粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。無機粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等?；鼐€式最為常用，制作簡單，性能穩(wěn)定，成本低，易粘貼，但橫向效應(yīng)較大。 18 利用照相制版或光刻技術(shù)將厚約 ～，也稱為應(yīng)變花。 19 由單晶半導(dǎo)體經(jīng)切型、切條、光刻腐蝕成形，然后粘貼在薄的絕緣基片，最后再加上保護層。 ?靈敏系數(shù)大，比絲柵式、箔片式大幾十倍，因而輸出的信號大； ?橫向效應(yīng)系數(shù)??； ?機械滯后?。? ?本身的體積小，便于制作小型傳感器。 靜態(tài)特性
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