传感器原理及应用习题

例1 如果将120Ω 的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积S=0.5×10-4m 2，

材料弹性模量E=2×1011N/m 2。若由5×104N 的拉力引起应变片电阻变化为1.2Ω，求该应变片的灵敏系数K 。

解：应变片电阻的相对变化为 01.01001

1202.1===∆R R 柱形弹性试件的应变为

005.010

2105.010511

44

=⨯⨯⨯⨯===-SE F E σ

ε 应变片的灵敏系数为2005

.001.0==∆=

εR R

K

２.１什么是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体材料的压阻效应？

答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

２.２比较金属丝应变片和半导体应变片相同点和不同点？

答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

２.３什么是金属应变片的灵敏度系数？它与金属丝灵敏度函数有何不同？

答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。

２.４采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

解：已知

Ω====1204321R R R R ,200196.0m S =,2

11102m N

E ⨯=,3.0=μ,2=K ,

V U 2=mV U 6.20= （1）由

εK R R

=∆和 μεε-=r 得到()()3

2211443322110106.26.212

224

-⨯==+=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆-∆-∆=

εμεεεK U

K U R R R R U R R R R R R R R U U r

所以310-=ε， 3103.0-⨯-=-=μεεr

（2）由SE F =ε，得到N SE F 51131092.310200196.010⨯=⨯⨯⨯==-ε

()()

2

2223183r

R E

h p r -⋅-=με()()

2

222183r

R E

h p t -⋅-=με

（1）贴片如题中图所示，R 3、R 2靠近中心处，且沿切向方向，R 1、R 4靠近圆片边缘处且沿径向贴。位置在使-εr =εt 即

（2）

（3）

()()

2

221r

R -⋅-μ