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应变式电阻传感器的工作原理

发布日期:2017-12-03 14:26:43 【关闭】
摘要:应变式电阻传感器是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。引起机械构件应变的可以是压力、荷重、扭力等。

   电阻式传感器是一种将非电量参数(如压力、拉力、扭力、位移等)的变化转变为电阻值变化的传感器。

   电阻式传感器按工作原理可分为电位器式电阻传感器、应变式电阻传感器、热敏电阻传感器和气敏电阻传感器。

   应变式电阻传感器是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。引起机械构件应变的可以是压力、荷重、扭力等。

   一、应变式电阻传感器的工作原理

   应变式电阻传感器的传感部件是电阻应变片,电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。金属应变效应是指金属导体的电阻随着它所受机械变形(伸长或缩短)的大小而发生变化的现象。下面讲述导体电阻变化与变形之间量的关系,即金属材料的灵敏系数。

   设有一圆导线,其电阻值为

  

gooxian-电阻值

  

  当导线沿轴向受力而增长 Δl时,其径向将会缩小,即截面积缩小 ΔS,电阻率一般也将变化 Δρ。由多元函数的微分可得电阻的增量为

 

gooxian-电阻值1

gooxian-电阻值2

  

   k0 称为金属材料的灵敏系数,它的物理意义为单位应变所引起的电阻相对变化。由式(4.8)可知,金属材料的灵敏系数受两个因素的影响,一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的,即(1+2μ)项;另一个是受力后材料的电阻率发生变化而引起的,即(Δρ/ρ)/ε项。这是由于材料发生变形时,其自由电子的活动能力和数量均发生了变化的缘故。此项目前还不能用解析式表达,所以k0 只能依靠实验求得。根据大量实验证明,在电阻丝拉伸的比例极限内,电阻的相对变化与应变成正比,即k0 为一常数,因此,式(4.7)可写成 

 

  

gooxian-电阻4

   式(4.9)表示金属线材的电阻相对变化与轴向应变成正比。应变式电阻传感器正是利用这一特性,使应变ε转变为电阻值的变化 ΔR,从而能用二次仪表准确地测量出应变ε,或者引起应变ε的力、转矩等。

  

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