电阻式传感器工作原理

电阻式传感器分类

电阻式传感器根据制作材料的不同，电阻应变片通常分为金属电阻应变片和半导体应变片两大类：金属电阻应变片就是利用金属电阻的应变效应原理制成的，而半导体应变片则是利用半导体材料的压阻效应原理制成，因此应用半导体应变片的电阻式传感器通常又称为压阻式传感器.

电阻式传感器工作原理

导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，机械变形会导致其电阻值变化，这种因形变而使其电阻值发生变化的现象称为“应变效应”。

设有一根电阻丝，如图2.11所示，它在未受力时的初始电阻为

式中 ρ——电阻丝的电阻率；

l ——电阻丝的长度；

S——电阻丝的截面积。

图2.11 金属丝伸长后几何尺寸变化

设电阻丝在外力F的作用下被拉伸(或压缩)，则其ρ、l 、S均发生变化，变化量分别为dρ、dl、dS，电阻值相应变化为dR，由多元函数微分得

dR = ∂R dl + ∂R dS + ∂R dρ

∂l ∂S ∂ρ= ρ dl −ρ dS + l dρ (      2-23)
用相对变化表示式(2-23)得
dR = dl − dS + dρ          (2-24)

实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量dR ¤ R与材料力学中的轴向应变e的关系在很大范围内是线性的，即 

dR/ R=Kε

K—电阻应变片的灵敏度

一下列举几种应变片的技术指标

四、测量电路

应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。电阻应变片的测量线路多采用交流电桥(配交流放大器)，其原理和直流电桥相似。直流电桥比较简单，因此首先分析直流电桥，如图所示。当电源E为电势源，其内阻为零时，可求出检流计中流过的电流Ig与电桥各参数之间的关系为

式中  Rg为负载电阻，因而其输出电压Ug为

当R1R4=R2R3时，Ig=0，Ug=0，即电桥处于平衡状态。

若电桥的负载电阻Rg为无穷大，则B、D两点可视为开路，上式可以化简为

设R1为应变片的阻值，工作时R1有一增量ΔR，当为拉伸应变时，ΔR为正；压缩应变时，ΔR为负。在上式中以R1+ΔR代替R1，则

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