应变片的自补偿法讲解学习

为半导体的压阻系数
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r为电阻丝的半径 μ为电阻丝材料的泊松比 E为半导体材料的弹性模量
半导体应变片与金属电阻应变片相比：灵敏度高，温度系数大，非线性严重。
3.3 应变片的种类
1、金属电阻应变片的种类
丝式电阻应变片：敏感栅由直径0.01～0.05mm的电 阻丝平行排列而成。
箔式电阻应变片：敏感栅是利用光刻、腐蚀等工艺 制成的一种很薄的金属箔栅。
应变式电阻传感器
3.1 弹性敏感元件 3.2 电阻应变片的工作原理 3.3 应变片的种类 3.4 电阻应变片的特性 3.5 电阻应变片的测量电路 3.6 应变式传感器的应用
3.1 弹性敏感元件
一、概念： 变形：物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状。 弹性形变：在外力去掉后完全恢复其原来的尺寸和形状的变形。 弹性元件：具有弹性形变特点的元件。 应力（σ）：单位横截面积S上所受的力。 应变（ε）：在应力的作用下长度的相对变化量。 弹性模量（E）：根据虎克定律在材料弹性范围内σ／ε为常数。
丝式电阻应变片
金属丝式电阻应变片由敏感栅、 基片、覆盖层、粘合层和引线 等组成。 敏感栅由直径0.01～0.05mm的 具有很高电阻率的金属细丝平 行排列而成。常用的电阻丝材 料有铜镍（康铜）合金、镍铬 合金、铂、铂铬合金、铂钨合 金、卡玛丝等。
根据基片和覆盖层的材质不同 可以分为纸基和胶基等。 引线常用直径为0.10～0.15mm 的镀锡铜线，并与敏感栅两输 出端焊接。
第3章 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。
传感器的构造由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感 元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时， 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化， 通过转换电路转变成电量输出，电量变化的大小 反映了被测物理量的大小。
应变式电阻传感器是目前在测量力、力矩、压力、 加速度、重量等参数中应用最广泛的传感器之一。
引线
l栅长 b基宽
覆盖层 基片
b
l 电 阻丝 式 敏感 栅
金属丝式电阻应变片的结构
箔式电阻应变片
箔式电阻应变片的敏感栅是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的 金属箔栅， 其厚度一般为0.003~0.01mm，可制成各种形状的敏感栅 （即应变花）。 优点： 1、制造工艺能保证线栅的尺寸正确线条均匀，大批生产时电阻值离 散度小，能制成任意形状以适应不同的测量要求。电阻线栅的基长可 以做得很小，以适用于应变梯度大的场合。 2、横向效应很小。 3、表面积和截面积之比大， 散热性能好，允许通过的电流较大。 4、柔性好，蠕变小，疲劳寿命长。 5、生产效率高，便于实现生产工艺自动化。
b
L0
h
L
等截面悬臂梁
等强度悬臂梁
当梁百度文库自由端有力F作用时，沿 梁的整个长度上的应变处处相 等，它的灵敏度与梁长度方向 的坐标无关。
应变片处的ε为
6FL
bh 2 E
为了保证等应变性，作用力F必 须加在梁的两斜边的交汇点处。
b0
L
h
b
等强度悬臂梁
3.2 电阻应变片的工作原理
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料 在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种 现象称为“应变效应”。
2 金属电阻应变片的材料
对金属电阻丝材料应有如下要求：
① 灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数； ②ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较 大的电阻值； ③ 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好， 与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
电阻应变片型号的编排规则
电阻应变片的型号包括内容如下：类别、基底材料种类、标准电阻---敏感栅长度、敏感 栅结构形式、极限工作温度、自补偿代号（温度和蠕变补偿）及接线方式。 如B F 350 -- 3 AA 80 （23） N6 – X的含义是：
B:表示应变计类别(B:箔式;T:特殊用途;Z:专用(特指卡玛箔))； F:表示基底材料种类(B:玻璃纤维增强合成树脂;F:改性酚醛;A:聚酰亚胺;E:酚醛-缩 醛;Q:纸浸胶;J:聚氨酯)； 350:表示应变计标准电阻； 3：表示敏感栅长度（mm）； AA：表示敏感栅结构形式； 80：表示极限工作温度（℃）； 23：表示温度自补偿或弹性模量自补偿代号(9:用于钛合金; M23:用于铝合金;11: 用于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23: 用于铝合金;27:用于镁合金;)； N6：表示蠕变自补偿标号(蠕变标号:T8，T6，T4，T2，T0，T1,T3,T5,N2， N4，N6，N8，N0，N1，N3，N5，N7，N9)； X：表示接线方式(X:标准引线焊接方式;D:点焊点;C:焊端敞开式;U:完全敞开式，焊 引线;F:完全敞开式，不焊引线；X**:特殊要求焊圆引线，**表示引线长度；BX**： 特殊要求焊扁引线，**表示引线长度；Q**: 焊接漆包线，**表示引线长度；G**:焊 接高温引线，**表示引线长度)。
金属电阻丝未受力时的电阻为
R l A
ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度；
A —电阻丝的截面积。
l
l
F
F
r
r
金属电阻丝应变效应
R l A
电阻丝受到拉力F作用时
dRdldAd R l A
dR
d
R (12)
其中：
dl l
dA 2 dr Ar
dr dl
r
l
dE （半导体
电阻丝的灵敏系数
F
固定点
F
固定点
电缆
电缆
等截面悬臂梁
悬臂梁的横截面积处处相等。
在任一指定点A，上下表面的应变大 小相等，符号相反。
设梁的截面厚度为h，宽度为b，总 长为L。在距离自由端L0处的ε为
6 FL0 bh 2 E
在等截面梁的不同部位产生的应变是 不相等的，最大应变产生在梁的根部, 这对电阻应变式传感器中应变片粘贴 的位置提出了较高的要求。
dr dl
r
l
＝ F S
E＝
Uo
E 4
R1 R1
E KU 4
（2） （3）
二、 常见的弹性敏感元件
变换力的弹性敏感元件
常见的弹性敏感元件
变换压力的弹性敏感元件
§4.3 电阻应变式传感器 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 F
R4 R1 R2
悬臂梁
一端固定，一端自由的弹性敏感元件. 特点是结构简单、加工方便。 灵敏度比等截面轴及圆环高，用于较小力的测量。 分为等截面悬臂梁和等强度悬臂梁.