金属电阻应变片和半导体电阻应变片
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灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
其它表示应变计性能的参数（工作温度、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏 度等）。
3. 测量原理
根据上述特点，测量应力或应变时，被 测对象产生微小机械变形，应变片随着 发生相同的变化，同时应变片电阻值也 发生相应变化。
当测得应变片电阻值变化量 R时，便可 得到被测对象的应变值。
差动电桥
A
A2
A
代入 R l / A
dR R dl R dA R d l A
有： dR dl dA d R l A
金属丝： A r 2
dR dl 2dr d Rl r
金属丝体积不变：
dr dl
r
l
有：
dR (1 2) d
• 电阻丝 • 基底和面胶 • 胶黏剂 • 引出线
一、电阻应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变
效应的，即在导体产生机械变形时，它 的电阻值相应发生变化。
金属电阻丝应变效应图
1. 应变效应
金属应变片的电阻R为 R l / A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
dR dl l dA l d
常用的应变片可分为两类：金属电阻应变片 和半导体电阻应变片。 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等 部分组成，如图:
金属电阻应变片 的结构图
敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝 缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆 盖层，两端焊接引出导线
金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式 和薄膜式三种
箔式应变片
大上百倍，所以 (1 2) 可以忽略，因而半导
体应变片的电阻灵敏系数为：
K dR / R d / E
E 材料的弹性模数
材料的压阻系数
半导体应变片的突出优点是灵敏度高，比金属丝式应变片高 50~80倍，尺寸小，横向效应小，动态响应好。但它有温度 系数大，应变时非线性比较严重等缺点。
第2章 应变式传感器
1 电位器式传感器 2 应变式传感器 3 压阻式传感器
基于元器件电阻变化的传感器十分常 见，这是因为许多物理量（力、力矩、位 移、形变、速度、加速度等）都会对材料 的电阻产生影响。
第一节 电位器式传感器
• 常作为角位移和线位移测量的电阻式传感器 • 旋转式变阻器或滑线式变阻器 • 工作原理：
应变计
金属应变计
半导体应变计
dR dl 2dr d Rl r
简化为：
dR d E
R
• 优点：灵敏度大;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
应变片的主要参数
几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。
电阻值：应变计的原始电阻值。
优点是应变灵敏度系数大，允许电流密度 大，工作范围广。
半导体应变片
是用半导体材料制成的，其工作原理 是基于半导体材料的压阻效应。
半导体应变片受轴向力作用时，其电 阻相对变化为式：
R (1 2)
R
(1 2 E)
实验证明，半导体材料的 比 (1 2)
当产生应变时，若应变片电阻变化为 R ，其 它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo 0 ，则 电桥不平衡输出电压为：
U0
E 4
R R
E 4
k
这就是说，在电桥电压确定后，当
R1 R2 R3 R4 时，电桥电压灵敏度
最高，此时：
E
KV 4
从上述可知，当电源电压 E 和电阻相对 变化量 R1 / R1 一定时，电桥的输出电 压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
R3 R3 R4
)
图2-3 直流电桥
2.3 电阻应变片的测量电路
当电桥平衡时：R1R4 R2R3 或 R1 R3
R2 R4
上式称为电桥平衡条件。这说明欲使 电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应 相等，或相对两臂电阻的乘积相等。
单臂电桥
设 R1为电阻应变片， R2 , R3, R4 为电桥固定电 阻，这就构成了单臂电桥(各电阻相等)。
由前述可知：
E
应力值σ正比于应变ε，而试件应变ε正比 于电阻值的变化，所以应力σ正比于电 阻值的变化，这就是利用应变片测量应 变的基本原理。
弹性模数
二、 测量电路
R1
R2
E
U0
R4 R3
U0
R2 R4 R1R3 (R1 R4 )( R2 R3 )
E
由于机械应变一般都很小，要把微小应变 引起的微小电阻变化测量出来，同时要把电阻 相对变化 R R 转换为电压或电流的变化。
R
几何效应项
压阻效应项
所谓压阻效应，是指材料在某一轴向 受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现 象。
灵敏度系数K
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电 阻丝的灵敏度系数。
其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变 化量，其表达式为:
K dR / R (1 2) d /
2. 灵敏度系数
Rห้องสมุดไป่ตู้L
A
第二节 应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片 将应变转换为电阻变化的传感器。
传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感 元件构成
应变式传感器的灵敏度较高，目前已应用 于各种检测系统中
电阻应变应变片
电阻应变片基于金属导体的应变效 应，即阻值随机械变形的变化而发生变。
• 应变片的组成
因此需要有专用测量电路用于测量应变变化 而引起电阻变化的测量电路，通常采用直流电 桥和交流电桥两种。
电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性 和负载特性。
直流电桥
1．直流电桥平衡条件
E为电源， R1, R2 , R3及R4为桥臂电阻，RL 为负载电阻。输出电压为：
Uo
E( R1 R1 R2
各种形状的箔式应变片图
是利用光刻、腐蚀等工 艺制成的一种很薄的金属 箔栅，厚度一般在0.003-0.
01mm。
优点是散热条件好，允许通过的电流较大，便 于批量生产，可制成各种所需的形状
缺点是电阻分散性大
薄膜式应变片
是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘 基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅， 最后再加上保护层。
其它表示应变计性能的参数（工作温度、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏 度等）。
3. 测量原理
根据上述特点，测量应力或应变时，被 测对象产生微小机械变形，应变片随着 发生相同的变化，同时应变片电阻值也 发生相应变化。
当测得应变片电阻值变化量 R时，便可 得到被测对象的应变值。
差动电桥
A
A2
A
代入 R l / A
dR R dl R dA R d l A
有： dR dl dA d R l A
金属丝： A r 2
dR dl 2dr d Rl r
金属丝体积不变：
dr dl
r
l
有：
dR (1 2) d
• 电阻丝 • 基底和面胶 • 胶黏剂 • 引出线
一、电阻应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变
效应的，即在导体产生机械变形时，它 的电阻值相应发生变化。
金属电阻丝应变效应图
1. 应变效应
金属应变片的电阻R为 R l / A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
dR dl l dA l d
常用的应变片可分为两类：金属电阻应变片 和半导体电阻应变片。 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等 部分组成，如图:
金属电阻应变片 的结构图
敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝 缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆 盖层，两端焊接引出导线
金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式 和薄膜式三种
箔式应变片
大上百倍，所以 (1 2) 可以忽略，因而半导
体应变片的电阻灵敏系数为：
K dR / R d / E
E 材料的弹性模数
材料的压阻系数
半导体应变片的突出优点是灵敏度高，比金属丝式应变片高 50~80倍，尺寸小，横向效应小，动态响应好。但它有温度 系数大，应变时非线性比较严重等缺点。
第2章 应变式传感器
1 电位器式传感器 2 应变式传感器 3 压阻式传感器
基于元器件电阻变化的传感器十分常 见，这是因为许多物理量（力、力矩、位 移、形变、速度、加速度等）都会对材料 的电阻产生影响。
第一节 电位器式传感器
• 常作为角位移和线位移测量的电阻式传感器 • 旋转式变阻器或滑线式变阻器 • 工作原理：
应变计
金属应变计
半导体应变计
dR dl 2dr d Rl r
简化为：
dR d E
R
• 优点：灵敏度大;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
应变片的主要参数
几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。
电阻值：应变计的原始电阻值。
优点是应变灵敏度系数大，允许电流密度 大，工作范围广。
半导体应变片
是用半导体材料制成的，其工作原理 是基于半导体材料的压阻效应。
半导体应变片受轴向力作用时，其电 阻相对变化为式：
R (1 2)
R
(1 2 E)
实验证明，半导体材料的 比 (1 2)
当产生应变时，若应变片电阻变化为 R ，其 它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo 0 ，则 电桥不平衡输出电压为：
U0
E 4
R R
E 4
k
这就是说，在电桥电压确定后，当
R1 R2 R3 R4 时，电桥电压灵敏度
最高，此时：
E
KV 4
从上述可知，当电源电压 E 和电阻相对 变化量 R1 / R1 一定时，电桥的输出电 压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电 阻阻值大小无关。
R3 R3 R4
)
图2-3 直流电桥
2.3 电阻应变片的测量电路
当电桥平衡时：R1R4 R2R3 或 R1 R3
R2 R4
上式称为电桥平衡条件。这说明欲使 电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应 相等，或相对两臂电阻的乘积相等。
单臂电桥
设 R1为电阻应变片， R2 , R3, R4 为电桥固定电 阻，这就构成了单臂电桥(各电阻相等)。
由前述可知：
E
应力值σ正比于应变ε，而试件应变ε正比 于电阻值的变化，所以应力σ正比于电 阻值的变化，这就是利用应变片测量应 变的基本原理。
弹性模数
二、 测量电路
R1
R2
E
U0
R4 R3
U0
R2 R4 R1R3 (R1 R4 )( R2 R3 )
E
由于机械应变一般都很小，要把微小应变 引起的微小电阻变化测量出来，同时要把电阻 相对变化 R R 转换为电压或电流的变化。
R
几何效应项
压阻效应项
所谓压阻效应，是指材料在某一轴向 受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现 象。
灵敏度系数K
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电 阻丝的灵敏度系数。
其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变 化量，其表达式为:
K dR / R (1 2) d /
2. 灵敏度系数
Rห้องสมุดไป่ตู้L
A
第二节 应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片 将应变转换为电阻变化的传感器。
传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感 元件构成
应变式传感器的灵敏度较高，目前已应用 于各种检测系统中
电阻应变应变片
电阻应变片基于金属导体的应变效 应，即阻值随机械变形的变化而发生变。
• 应变片的组成
因此需要有专用测量电路用于测量应变变化 而引起电阻变化的测量电路，通常采用直流电 桥和交流电桥两种。
电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性 和负载特性。
直流电桥
1．直流电桥平衡条件
E为电源， R1, R2 , R3及R4为桥臂电阻，RL 为负载电阻。输出电压为：
Uo
E( R1 R1 R2
各种形状的箔式应变片图
是利用光刻、腐蚀等工 艺制成的一种很薄的金属 箔栅，厚度一般在0.003-0.
01mm。
优点是散热条件好，允许通过的电流较大，便 于批量生产，可制成各种所需的形状
缺点是电阻分散性大
薄膜式应变片
是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘 基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅， 最后再加上保护层。