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電阻式傳感器分類

電阻式傳感器根據(jù)制作材料的不同，電阻應(yīng)變片通常分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類：金屬電阻應(yīng)變片就是利用金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)原理制成的，而半導(dǎo)體應(yīng)變片則是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)原理制成，因此應(yīng)用半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻式傳感器通常又稱為壓阻式傳感器.

電阻式傳感器工作原理

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力(拉力或壓力)作用時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形會(huì)導(dǎo)致其電阻值變化，這種因形變而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。

設(shè)有一根電阻絲，如圖2.11所示，它在未受力時(shí)的初始電阻為

式中 ρ——電阻絲的電阻率；

l ——電阻絲的長(zhǎng)度；

S——電阻絲的截面積。

圖2.11 金屬絲伸長(zhǎng)后幾何尺寸變化

設(shè)電阻絲在外力F的作用下被拉伸(或壓縮)，則其ρ、l 、S均發(fā)生變化，變化量分別為dρ、dl、dS，電阻值相應(yīng)變化為dR，由多元函數(shù)微分得

dR = ∂R dl + ∂R dS + ∂R dρ

∂l ∂S ∂ρ= ρ dl −ρ dS + l dρ (      2-23)
用相對(duì)變化表示式(2-23)得
dR = dl − dS + dρ          (2-24)

實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量dR ¤ R與材料力學(xué)中的軸向應(yīng)變e的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即 

dR/ R=Kε

K—電阻應(yīng)變片的靈敏度

一下列舉幾種應(yīng)變片的技術(shù)指標(biāo)

四、測(cè)量電路

應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻相對(duì)變化ΔR/R，要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電測(cè)儀表進(jìn)行測(cè)量。電阻應(yīng)變片的測(cè)量線路多采用交流電橋(配交流放大器)，其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡(jiǎn)單，因此首先分析直流電橋，如圖所示。當(dāng)電源E為電勢(shì)源，其內(nèi)阻為零時(shí)，可求出檢流計(jì)中流過(guò)的電流Ig與電橋各參數(shù)之間的關(guān)系為

式中  Rg為負(fù)載電阻，因而其輸出電壓Ug為

當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，Ig=0，Ug=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。

若電橋的負(fù)載電阻Rg為無(wú)窮大，則B、D兩點(diǎn)可視為開(kāi)路，上式可以化簡(jiǎn)為

設(shè)R1為應(yīng)變片的阻值，工作時(shí)R1有一增量ΔR，當(dāng)為拉伸應(yīng)變時(shí)，ΔR為正；壓縮應(yīng)變時(shí)，ΔR為負(fù)。在上式中以R1+ΔR代替R1，則

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