
应变效应:金属导体或半导体在受到外力作用时,会产生相应的应变,其电阻也将随之发生变化。
在实际应用中,将金属电阻应变片粘贴在传感器d性元件或被测饥械零件的表面。当传感器中的d性元件或被测机械零件受作用力产生应变时,粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形,引起应变片电阻发生相应的变化。这时,电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。
工作原理
应变片很好地利用了导体的物理特性和几何特性。当一个导体在其d性极限内受外力拉伸时,其不会被拉断或产生永久变形而会变窄变长,这种形变导致了其端电阻变大。相反,当一个导体被压缩后会变宽变短,这种形变导致了其端电阻变小。通过测量应变片的电阻,其覆盖区域的应变就可以演算出来。
应变片的敏感栅是一条窄导体条曲折排列成的一组平行导线,这样的布置方式可将基线方向的微小变形累积起来以形成一个较大的电阻变化量累计值。
应变片的测量对象只有其所覆盖区域的变形量,足够小的应变片可在诸如有限元式的应力分析当中使用。它被广泛应用于材料的疲劳测试研究当中。
从原理上讲,应变式压力传感器,是外界的压力(或拉力)引起应变材料的几何形状(长度或宽度)发生改变,进而导致材料的电阻发生变化。检测这个电阻变化量可以测得外力的大小。
压阻式压力传感器通常是半导体压敏材料。半导体压阻式传感器在受到外力后,自身的几何形状几乎没有什么改变,而是其晶格参数发生改变,影响到禁带宽度。禁带宽度哪怕是非常微小的改变,都会引起载流子密度很大的改变,这最终引起材料的电阻率发生改变。
可见两种材料虽然都对外力变化呈现出电阻的变化,但原理不同。另外,应变式材料对外力的敏感度远远低于半导体压阻材料,后者的灵敏度是前者的约100倍;应变材料特性受温度影响较小,而半导体压阻材料对温度敏感。
扩展资料:
当金属电阻丝受到轴向拉力时,其长度增加而横截面变小,引起电阻增加。反之,当它受到轴向压力时则导致电阻减小。电阻应变计与d性敏感元件、补偿电阻一起可构成多种用途的电阻应变式传感器。
两种应变式力传感器均为一端固定,一端为自由的d性敏感装置,当有力作用其上时,敏感装置受力发生蠕变。测量前平衡电桥的四组应变片已做调零处理。受力蠕变时平衡条件被破坏,使输出电压或电流产生跃变,其跃变值直接反映受力大小。
将传感器固定于被测体上,当被测体发生水平加速度α时,因惯性质量块将产生与加速度方向相反的力F,该力使支撑梁弯曲,梁的表面发生蠕变,致使组成平衡电桥的应变片阻值发生变化。结果同力传感器一样,使输出电压或电流产生跃变,其跃变值直接反映加速度的大小。
参考资料来源:百度百科--电阻应变效应
参考资料来源:百度百科--应变效应
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