電阻式傳感器原理及相關(guān)知識(shí)詳細(xì)介紹

電阻式傳感器種類繁多，應(yīng)用廣泛，其基本原理就是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路顯示或記錄被測(cè)量值的變化。

9.2.1 電阻應(yīng)變式傳感器

??? 應(yīng)變式傳感器是基于測(cè)量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的一種傳感器，最常用的傳感元件為電阻應(yīng)變片。

應(yīng)用范圍：可測(cè)量位移、加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)。

?應(yīng)變式傳感器特點(diǎn)

1、應(yīng)變式傳感器的工作原理

(1) 金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)

?????? 金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

?????????????? 公式推導(dǎo)： 若金屬絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為S，電阻率為ρ，其未受力時(shí)的電阻為R，則:

?(9.1)
?

??? 如果金屬絲沿軸向方向受拉力而變形，其長(zhǎng)度L變化dL，截面積S變化dS，電阻率ρ變化? ，因而引起電阻R變化dR。將式(9.1)微分，整理可得:

?(9.2)
?

對(duì)于圓形截面有：?

?(9.3)

???? 為金屬絲軸向相對(duì)伸長(zhǎng)，即軸向應(yīng)變；而? 則為電阻絲徑向相對(duì)伸長(zhǎng)，即徑向應(yīng)變，兩者之比即為金屬絲材料的泊松系數(shù)μ，負(fù)號(hào)表示符號(hào)相反，有:

?(9.9)
?

將式(9.9)代入(9.3)得:

?(9.5)
?

將式(9.5)代入(9.2)，并整理得：

?(9.6)
?
或 (9.7)
?

K0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。

?

K0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。

??????? 公式簡(jiǎn)化過(guò)程： 由式? 可以明顯看出，金屬材料的靈敏系數(shù)受兩個(gè)因素影響：

一個(gè)是受力后材料的幾何尺寸變化所引起的，即? 項(xiàng)；另一個(gè)是受力后材料的電阻率變化所引起的，即? 項(xiàng)。對(duì)于金屬材料? 項(xiàng)比? 項(xiàng)小得多。大量實(shí)驗(yàn)表明，在電阻絲拉伸比例極限范圍內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與其所受的軸向應(yīng)變是成正比的，即K0為常數(shù)，于是可以寫成：

?(9.8)

通常金屬電阻絲的K0=1.7～4.6。

?

通常金屬電阻絲的K0=1.7～4.6。

(2) 應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理
應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

電阻絲應(yīng)變片是用直徑為0.025mm具有高電阻率的電阻絲制成的。為了獲得高的阻值，將電阻絲排列成柵狀，稱為敏感柵，并粘貼在絕緣的基底上。電阻絲的兩端焊接引線。敏感柵上面粘貼有保護(hù)作用的覆蓋層。
應(yīng)變式傳感器是將應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)試件上。彈性體或試件的變形通過(guò)基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，即可測(cè)量應(yīng)變。若通過(guò)彈性體或試件把位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，則可測(cè)量上述各量，而做成各種應(yīng)變式傳感器。

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