電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理.docx

《電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理.docx》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理1圖4-1-3電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)如圖4-1-3所示，其中,敏感柵是應(yīng)變片中把應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感部分，它是用金屬絲或半導體材料制成的單絲或柵狀體。引線是從敏感柵引出電信號的絲狀或帶狀導線。1-敏感柵；2-引線；3-粘結(jié)劑;(1)粘結(jié)劑：是具有一定電絕緣性能的粘結(jié)材料，用它將敏感柵固定在基底上。(2)覆蓋層：用來保護敏感柵而覆蓋在上面的絕緣層。(3)基底：用以保護敏感柵，并固定引線的幾何形狀和相對位置。電阻應(yīng)變片能將力學量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W量是利用了金屬導線的應(yīng)變一一電阻效應(yīng)。我們知道，金屬

2、導線的電阻R與其長度L成正比，與其截面積A成反比，即LR(4-1-3)A式中是導線的電阻率。如果導線沿其軸線方向受力產(chǎn)生形變，則其電阻值也隨之發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象被稱為金屬導線的應(yīng)變一一電阻效應(yīng)。為了說明產(chǎn)生這一效應(yīng)的原因，可將式(4-1-3)取對數(shù)后進行微分得dRdLdAdRLA(4-1-4)式中，dL為金屬導線長度的相對變化，用軸向應(yīng)變L來表示，即dLLdA是截面積的相對變化。Ar2（r為金屬導線的半徑），■dA2dr,dr是金屬導線半徑的Arr相對變化，即徑向應(yīng)變r。導線軸向伸長的同時徑向縮小，所以軸向應(yīng)變與徑向應(yīng)

3、變r有下列關(guān)系:(4-1-5)為金屬材料的泊松比。根據(jù)實驗，金屬材料電阻率相對變化與其體積的相對變化之間的關(guān)系為CdV，C為金屬材料的一個常數(shù)，如銅絲VC=1。由VAL我們可導出dV與、r之間的關(guān)系。VdVdAdL小2(12)2rVAL由此得出—cdVC（12）代入式（4-1-4）得dRRC(12)(12)C(12)Ks(4-1-6)Ks稱為金屬絲靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。由式（4-1-6）可見K由兩部分組成，前一部分由金屬絲的幾何尺寸變化引起，一般金屬的在左右,因此（12）1.6，后一部分為電阻率

4、隨應(yīng)變而引起變化的部分，它除與金屬絲幾何尺寸有關(guān)外還與金屬本身的特性有關(guān)。KS對于一種金屬材料在一定應(yīng)變范圍內(nèi)是一常數(shù),于是得出(4-1-7)為表示應(yīng)變片的電阻變化與試件應(yīng)變的關(guān)系，引入應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K,定義為:率上和試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變x（即一L）之比稱為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，即RLRK—（4-1-8）x由于粘結(jié)劑傳遞形變的失真與應(yīng)變片的橫向變形等因素的影響，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K總是小于金屬絲的靈敏系數(shù)KsoK值由生產(chǎn)廠家給出。由式（4-1-8）看出，應(yīng)變片的敏感柵受力后使其電阻發(fā)生變化。將其粘貼在試件上，利用應(yīng)變一一電阻效

5、應(yīng)便能把試件表面的應(yīng)變量直接變換為電阻的相對變化量，電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的傳感元件。非平衡電橋測量質(zhì)量與電流、電壓的關(guān)系。隨著試件將電阻應(yīng)變片粘貼在試件的表面，應(yīng)變片的兩端接入測量電路（電橋）由應(yīng)變片的工作原理-5和試件（本實驗為懸臂R受力變形，應(yīng)變片的電阻絲也獲得相應(yīng)的形變使電阻值發(fā)生變化。可知，當應(yīng)變沿應(yīng)變片的主軸方向時，應(yīng)變片的電阻變化率梁）的主應(yīng)變x成正比，即R5KTKx式中K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)（此值由應(yīng)變片廠家給出）_RRKR麻（4-1-1）R是未加力時應(yīng)變片阻值的初始值；R是加力變形后應(yīng)變片的電阻變化

6、。所以只要測出應(yīng)變片阻值的相對變化，便可得出被測試件的應(yīng)變。本實驗用平衡電橋測量應(yīng)變片電阻的相對變化。實驗裝置及測量線路如圖4-1-1和圖4-1-2所示，將被測試件一端夾持在穩(wěn)固的基座上，其主體懸空，構(gòu)成一懸臂梁。在懸臂梁固定端A處貼一應(yīng)變片，在懸臂梁變形端B處貼一同型號同規(guī)格的應(yīng)變片，在C端掛一砝碼托盤以備加載。將A處的應(yīng)變片作為溫度補償片R,B處的應(yīng)變片RX作為傳感元件測量應(yīng)變，用電阻箱艮、Ra和微調(diào)電阻箱R以及R、RX組成一電橋，作為微小形變測量電路。當C處加載時，懸臂梁將向下彎曲，B處產(chǎn)生變形，貼在B處的應(yīng)變片亦發(fā)

7、生變形,其電阻值發(fā)生變化，此電阻值的變化可通過電橋測量出來，從而可測定懸臂梁B處的形變。圖4-1-2微小形變測量電路圖4-1-1懸臂梁示意圖應(yīng)變片由金屬電阻絲制成，當其內(nèi)部通電流或環(huán)境溫度變化時，均能引起電阻絲的阻值變化。溫度引起的阻值變化與應(yīng)變引起的阻值變化同時存在，從而導致測量誤差。測量中怎樣才能使溫度引起的阻值變化對測量系統(tǒng)無影響A處的應(yīng)變片R是作為溫度補償用的，稱為補償片。它與應(yīng)變片R的結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，而且貼在同一懸臂梁上，保證了兩個應(yīng)變片的內(nèi)部條件和外部環(huán)境一致。不同的是應(yīng)變片R隨懸臂梁的變形而變形，而補償片R則

8、不受懸臂梁形變的影響，只是當溫度變化引起應(yīng)變片RX的阻值變化時，補償片R亦有同樣變化。而R與RX又分別處于電橋的兩個相鄰臂上(電橋平衡后，R與R流過的電流相同)，如圖4-1-2，當電橋平衡時有旦11&，在Rx1(RaRb)同一溫度變化條件下，R有一增量R，則R亦有一相同增量R，則R1R_1R2RxR1R