导体和半导体材料受力变形引起阻值变化,这种现象称为应变效应。在分析应变效应开始前,首先引出大家共知的电阻数学表达式:
式中 R——电阻,Ω;
p——电阻率;
L——导体长度;
A——横截面积。
当金属导体为圆形时,(14-1)式可化为:
其中r为圆形金属导体半径。
对圆形金属导体,若沿轴向拉伸时,导体长度值L变大,导体半径r变小,根据(14-2)式,电阻值R将变大。
实验证明,应变片受力变形时其阻值变化量ΔR与未变形前电阻的比值ΔR/R,将和材料力学中的轴向变量εx在较大范围内呈线性,如图
14-2所示,数学表达式为:
式中,K为应变系数毛对一般金属,K值约为2。而对半导体材料,由于电阻率ρ在拉伸时变化较大,因此K值约为50-70。 材料力学指出,轴向变量εx等于对试件施加的力F与试件横截面积A
和弹性模量E乘积的比值,即:
将(14-4)式代入(14-3)式,经整理可变为:
当原阻值R、应变系数K、横截面积A、弹性模量E均为已知,只要测出阻值变化量ΔR,即可求出对试件所施加的力F
力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构
导体和半导体材料受力变形引起阻值变化,这种现象称为应变效应。在分析应变效应开始前,首先引出大家共知的电阻数学表达式:
式中 R——电阻,Ω;
p——电阻率;
L——导体长度;
A——横截面积。
当金属导体为圆形时,(14-1)式可化为:
其中r为圆形金属导体半径。
对圆形金属导体,若沿轴向拉伸时,导体长度值L变大,导体半径r变小,根据(14-2)式,电阻值R将变大。
实验证明,应变片受力变形时其阻值变化量ΔR与未变形前电阻的比值ΔR/R,将和材料力学中的轴向变量εx在较大范围内呈线性,如图
14-2所示,数学表达式为:
式中,K为应变系数毛对一般金属,K值约为2。而对半导体材料,由于电阻率ρ在拉伸时变化较大,因此K值约为50-70。 材料力学指出,轴向变量εx等于对试件施加的力F与试件横截面积A
和弹性模量E乘积的比值,即:
将(14-4)式代入(14-3)式,经整理可变为:
当原阻值R、应变系数K、横截面积A、弹性模量E均为已知,只要测出阻值变化量ΔR,即可求出对试件所施加的力F
力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构