電阻�(yīng)變式傳感�(straingauge type transducer )以電阻�(yīng)變計為轉(zhuǎn)換元件的電阻式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器中�電阻�(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效�(yīng),即在外力作用下�(chǎn)生機(jī)械形�,從而使電阻值隨之發(fā)生相�(yīng)的變化�
電阻�(yīng)變式傳感器工作原理是基于電阻�(yīng)變效�(yīng)原理。用金屬電阻絲制作成電阻�(yīng)變片,將其粘貼在彈性體�。測量時,當(dāng)彈性體受力變形�,應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形,其電阻值發(fā)生相�(yīng)變化,通過�(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化�
電阻�(yīng)變效�(yīng)�
一段金屬電阻絲長度為L,橫截面為S,電阻率記作ρ,材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為�
R = ρL/S(Ω)
其中:L-金屬�(dǎo)線長� S-金屬�(dǎo)線橫截面� ρ-電導(dǎo)率(不同材料電阻率不同)
�(dāng)金屬�(dǎo)線兩端受拉力F伸長變形。設(shè)其伸長ΔL,橫截面積則縮小,它的截面圓半徑減少Δr。金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,這種�(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效�(yīng)�
將變形后電導(dǎo)率記作Δ�,對式(2-1)求全微分,即求出電阻絲伸長�,其電阻值改變了多少。我們有�
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S ?CΔSρL/S2 �2-2� 用式�2-1)去除式�2-2)得�
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L ?C ΔS/S �2-3� 另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積 S =πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所��
ΔS/S = 2Δr/r �2-4�
從材料力�(xué)我們知道: Δr/r = -μΔL/L �2-5�
其中,負(fù)號表示伸長時,半徑方向是縮小�。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2-4)(2-5)代入(2-3)�
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =�1 + 2μ(Δ�/ρ�/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L �2-6�
其中:K = 1 + 2μ +(Δ�/ρ�/(ΔL/L� (2-7)
在材料力�(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)�,記作ε,用它來表示彈性往往顯得太大,常常把它的百萬分之一作為單位,記作με�
這樣,式(2-6)常寫作:
ΔR/R = Kε �2-8�
式(2-6))說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率和電阻絲伸長率之間的�(guān)��
電阻�(yīng)變式傳感�,早在上世紀(jì)30年代末,由美國E.Simmons和A.C.Ruge制造出批應(yīng)變計以后不久,在40年代初(1944年)就發(fā)明了粘貼式電阻應(yīng)變傳感器。至今已有半個多世紀(jì)的發(fā)展歷�。其間,幾乎每間�10年就出現(xiàn)一次質(zhì)的飛��
40�50年代,是傳感器早期發(fā)展階�。當(dāng)時彈性材�、紙基絲式應(yīng)變計以及粘結(jié)劑均處于�(fā)展研究階�,其性能還不完善。因此,電阻�(yīng)變式傳感器的�(zhǔn)確度、穩(wěn)定性都不能滿足測量技�(shù)的要��
�50年代,箔式電阻應(yīng)變計問世�,應(yīng)變計的溫度特性和粘結(jié)劑的力學(xué)性能都得到改�,使傳感器的溫度影響及蠕變影響有了明顯抑制,精度提高了約一個數(shù)量級�
�60年代中期,傳感器�(jìn)入了測量�(lǐng)�。從60年代末到80年代初的10余年�,由于與傳感器性能密切相關(guān)的各項技�(shù)所取得的突破性�(jìn)�,使電阻�(yīng)變式傳感器獲得了前所未有的高速發(fā)��
80年代以后,隨著加工工�、粘貼工藝等的技�(shù)�(jìn)�,使傳感器的�(zhǔn)確度、可靠性大大提�,在測量技�(shù)�(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)�,成為應(yīng)變電測技�(shù)中的重要組成部分?,F(xiàn)�,傳感器已由單純作為�(zhuǎn)換元件而發(fā)展成為多功能、智能化的信息測量元�。特別是微電子和微機(jī)械技�(shù)�(fā)展,必將給的傳感器發(fā)展帶來更廣闊的空��
電阻�(yīng)變式傳感器的�(yōu)點:
精度�,測量范圍廣,壽命長,結(jié)�(gòu)簡單,頻響特性好,能在惡劣條件下工作,易于實�(xiàn)小型�、整體化和品種多樣化��
電阻�(yīng)變式傳感器缺點:
對于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號較�,但可采取一定的�(bǔ)償措�。因此它廣泛�(yīng)用于自動測試和控制技�(shù)��
1.�(yīng)變式測力傳感�
2.�(yīng)變式壓力傳感�
3.�(yīng)變式扭矩傳感�
4.�(yīng)變式位移傳感�
5.�(yīng)變式加速度傳感�
6.測溫�(yīng)變計
電阻�(yīng)變式傳感器有兩個方面的�(yīng)用: 1.作為敏感元件,直接用于被測試件的�(yīng)變測� 2.作為�(zhuǎn)換元�,通過彈性元件構(gòu)成傳感器,用以對任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其他物理量作間接測量