传感器及检测技术（第四版）课件 5.电阻应变片

……………电阻应变片传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS应用07应变效应分析02温度补偿06结构和材料03主要参数04基本应用电路05概述01一、概述1.应用最广泛；

2.材料：金属、半导体；3.敏感机理：受力产生应变；

4.转换机理：应变转换为电阻；

5.价廉、尺寸小、结构简单；

6.可靠性好、稳定性高；

7.测量电路：桥式；

8.测量精度高；

9.寿命长；

10.抗干扰能力差、非线性；电阻应变式传感器一、概述提问：什么是力？力是改变物体状态的根本原因应变变化应力（微观力）

应变效应是金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。一、概述理论基础材料的泊松比定律

在弹性限内，金属丝沿长度方向伸长时，径向尺寸缩小，反之亦然。轴向应变εt与径向应变εr有以下关系：εr=-μεt。金属导体电阻定律

金属导线的电阻值与其导线长度l成正比而导线截面积s成反比，即半导体材料的压阻效应

对半导体材料施加外力时，除了产生变形外，材料的电阻率也随着发生变化。二、应变效应分析由公式分析

可知，电阻相对变化量由两项组成：

1.是由产生应变的材料几何尺寸的变化引起的；

2.是由电阻率变化引起的，对金属系主要为前一项，对半导体材料主要为后一项。三、结构和材料1.组成

金属电阻应变片分为金属丝式和金属箔式两种。1.金属丝式电阻应变片。金属丝式电阻应变片的基本结构图如图所示。由敏感栅1、基底2和盖层3、引线4和黏结剂几个基本部分组成。三、结构和材料（一）组成2.金属箔式应变片与金属丝式电阻应变片相比，有如下优点：用光刻技术能制成各种复杂形状的敏感栅；横向效应小；散热性好，允许通过较大电流，可提高相匹配的电桥电压，从而提高输出灵敏度；疲劳寿命长，蠕变小；生产效率高。

但是，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式应变片的大，有的能相差几十欧姆，需要调整阻值。（a）箔式单向应变片

（b）箔式转矩应变片

（c）箔式压力应变片

（d）箔式花状应变片三、结构和材料（二）材料1.敏感栅

应变片最重要的组成部分，由某种金属细丝绕成栅形。三、结构和材料2.基底、盖片

基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置；

盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可以保护敏感栅。（二）材料三、结构和材料3.粘结剂

常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温；无机粘结剂用于高温。（二）材料三、结构和材料4.引线

它是从应变片的敏感栅中引出的细金属丝，常用直径约0.1—0.15mm的镀锡铜线或扁带形的其他金属材料制成。（二）材料四.主要参数A

灵敏度系数（K）B

横向效应C

机械滞后、零点漂移、蠕变D

应变极限和疲劳寿命五.基本应用电路

将电阻应变片粘贴于待测构件上，应变片电阻将随构件应变而改变，将应变片电阻接入相应的电路中，使其转化为电流或电压输出，即可测出力值。通常将应变片接入电桥来实现电阻至电压或电流的转换。五.基本应用电路为了提高输出电压灵敏度，可以采用半桥双臂或全桥电路（a）半桥双臂

（b）全桥电路五.基本应用电路

半桥双臂可使电压灵敏度比半桥单臂提高一倍，而全桥电路电压灵敏度又比半桥双臂电压灵敏度提高一倍。可见，利用全桥，并提高供电电压E，可提高灵敏度系数。六.温度补偿

用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。

实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。

因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。六.温度补偿温度补偿互补偿桥路补偿自补偿

不是补偿温度值，而是补偿在温度影响下变化的输出值，使输出值回复正常