壓力傳感器特性研究及其應用設計1電阻應變傳感器的工作原理2非平衡電橋的測量原理3測試電阻應變片特性曲線

11電阻應變傳感器的工作原理電阻應變片的工作原理是基于應變效應，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應發生變化，這種現象稱為“應變效應”。（1856年W.Thomson發現）如圖1所示，一根金屬電阻絲，在其未受力時，原始電阻值為（式1）2式中：ρ——電阻絲的電阻率；

l——電阻絲的長度；

A——電阻絲的截面積。圖1金屬電阻絲應變效應3應變片的種類、材料及粘貼金屬電阻應變片的種類圖2金屬電阻應變片的結構4敏感柵是應變片的核心部分，它粘貼在絕緣的基片上，其上再粘貼起保護作用的覆蓋層，兩端焊接引出導線。金屬電阻應變片的敏感柵有絲式和箔式兩種形式，如圖3所示。絲式金屬電阻應變片的敏感柵由直徑0.01～0.05mm的電阻絲平行排列而成。箔式金屬電阻應變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其厚度一般為0.003~0.01mm，可制成各種形狀的敏感柵（即應變花），其優點是表面積和截面積之比大，散熱性能好，允許通過的電流較大，可制成各種所需的形狀，便于批量生產。覆蓋層與基片將敏感柵緊密地粘貼在中間，對敏感柵起幾何形狀固定和絕緣、保護作用，基片要將被測體的應變準確地傳遞到敏感柵上，因此它很薄，一般為0.03～0.06mm,使它與被測體及敏感柵能牢固地粘合在一起，此外它還應有良好的絕緣性能、抗潮性能和耐熱性能?；透采w層的材料有膠膜、紙、玻璃纖維布等。5圖3常用應變片的形式6金屬電阻應變片的材料對電阻絲材料應有如下要求：①靈敏系數大，且在相當大的應變范圍內保持常數；②ρ值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；③電阻溫度系數小，否則因環境溫度變化也會改變其阻值；④與銅線的焊接性能好，與其它金屬的接觸電勢小；⑤機械強度高，具有優良的機械加工性能。7表1常用金屬電阻絲材料的性能8康銅是目前應用最廣泛的應變絲材料，這是由于它有很多優點：靈敏系數穩定性好，不但在彈性變形范圍內能保持為常數，進入塑性變形范圍內也基本上能保持為常數；康銅的電阻溫度系數較小且穩定，當采用合適的熱處理工藝時，可使電阻溫度系數在±50×10-6/℃的范圍內；康銅的加工性能好，易于焊接，因而國內外多以康銅作為應變絲材料。92非平衡電橋的測量原理直流電橋

1.直流電橋平衡條件

電橋電路如圖4所示，圖中E為電源電壓，R1、R2、R3及R4為橋臂電阻，RL為負載電阻。當RL→∞時，電橋輸出電壓為（式2）10當電橋平衡時，Uo=0，則有R1R4=R2R3或（式3）（式3）為電橋平衡條件。這說明欲使電橋平衡，其相鄰兩臂電阻的比值應相等，或相對兩臂電阻的乘積應相等。11圖4直流電橋123測試電阻應變片特性曲線R1R2FU0R1＋⊿R1R4R3UR2－⊿R2圖5采用半橋差動電橋

（式4）13R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR

嚴格的線性關系電橋靈敏度比單臂時提高一倍溫度補償作用（式5）14梁式力傳感器b0R1R2l0lFbh結構簡單，易加工，靈敏度高適合于測5000N以下的載荷圖6等截面懸臂梁（式6）15實驗步驟

（1）檢查實驗儀器，按照非平衡電橋原理，連接半橋電路；（2）打開電源，調節電壓至6。0伏（具體實驗具體要求），并將電流調至最大；（3）調節變阻箱的阻值