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[问答] 应变电阻传感器的工作原理是什么?有什么优点?
126 华强芯城 传感器 电阻
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电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
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2019-11-7 09:00:32   评论 分享淘帖 邀请回答
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  应变电阻传感器的优缺点

  应变电阻传感器的传感元件

  应变电阻传感器的工作原理

  应变电阻传感器的应用

  


  应变电阻传感器的优缺点
  1、优点
  精度高,测量范围广,寿命长,结构简单,尺寸小,重量轻,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
  2、缺点
  对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。
  因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。
  应变电阻传感器的传感元件
  应变电阻传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。
  一、基本结构:1、粘合层 2、基地 3、粘合层 4、盖片 5、敏感栅 6、引出线
  
  金属材料、半金属材料
2019-11-7 09:48:28 评论

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  二、工作原理
  电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
  应变片压阻效应:半导体材料在受到外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。
  
  应变电阻传感器的工作原理
  应变电阻传感器的工作原理是基于电阻应变效应原理。用金属电阻丝制作成电阻应变片,将其粘贴在弹性体上。测量时,当弹性体受力变形时,应变片的敏感栅也随同变形,其电阻值发生相应变化,通过转换电路转换为电压或电流的变化。
  电阻应变效应:
  一段金属电阻丝长度为L,横截面为S,电阻率记作ρ,材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为:
  R = ρL/S(Ω)
  其中:L-金属导线长度 S-金属导线横截面积 ρ-电导率(不同材料电阻率不同)
  当金属导线两端受拉力F伸长变形。设其伸长ΔL,横截面积则缩小,它的截面圆半径减少Δr。金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,这种现象称为电阻应变效应。
  将变形后电导率记作Δρ,对式(2-1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,其电阻值改变了多少。我们有;
  ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S CΔSρL/S2 (2-2) 用式(2-1)去除式(2-2)得到
  ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L C ΔS/S (2-3) 另外,我们知道导线的横截面积 S =πr2,则 Δs = 2πr*Δr,所以;
  ΔS/S = 2Δr/r (2-4)
  从材料力学我们知道: Δr/r = -μΔL/L (2-5)
  其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2-4)(2-5)代入(2-3)。
  ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2-6)
  其中:K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L) (2-7)
  在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,常常把它的百万分之一作为单位,记作με。
  这样,式(2-6)常写作:
  ΔR/R = Kε
  式(2-6))说明了电阻应变片的电阻变化率和电阻丝伸长率之间的关系。
  结论:
  1、当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化。
  2、金属丝受外力作用而伸长时,长度增加,而截面积减少,电阻值会增大。
  3、当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小,而截面增加,电阻值会减小。
  4、阻值变化通常较小。
  应变电阻传感器的应用
  1、将应变片粘贴于被测试件上,直接用来测定试件的应力或应变。
  
  a)齿轮轮齿弯矩
  b)飞机机身应力
  c)立柱应力
  d)桥梁应力
  2、将应变片贴于弹性元件上,与弹性元件一起构成应变式传感器,常用来测量力、位移、压力、加速度等参数。
  
2019-11-7 09:48:37 评论

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