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应变测力传感器的特点与压阻效应

时间:2023-01-05 点击次数:

作为测力的主要传感器,应变电阻传感器的测力范围从肌纤维到登月火箭不等,精度可达0.01%-0.1%。有拉伸型(柱、筒、环)、弯曲型和剪切型。

应变传感器的特点:

材料类型:金属应变片,半导体应变片。

应用范围:应变力、压力、扭矩、位移、加速度。

优点:使用方便,精度高,范围大,体积小。

应变器的核心部件:电阻应变片,试件上的应力变化转化为电阻变化。

应变效应:当导体或半导体受到外力作用时,会发生机械变形,导致电阻发生变化。这种因变形而改变电阻的现象被称为应变效应。

若电阻丝长度均匀,DL、DL、DA的变化将导致DR的变化。通过对上式的全微分,DR可获得。

金属的应变效应。

对长度为L、横截面积为A、电阻率为P的金属丝,其电阻值为R。

金属的应变效应。

如果电阻丝是圆形的,那么A=nr2,对r微分da=2nrdr,贝D。

它是金属材料的泊松系数。

定义:KS是金属丝的敏感系数,表示单位应变引起的电阻相对变化。

确定金属材料,(1+2)项是常数,其值约为1~2,实验证明dp/p/sx也是常数。

依据应力。与应变s的关系:

应变s^dr,o^dro。

应力可通过弹性元件转换为应变,这是应变传感器测量应力的基本原理。

与应变成正比的金属电阻相对变化。

受两个因素影响的灵敏度KS:

(1)应变片受力后材料几何尺寸的变化,即1+2;

(2)材料电阻率在应变片受力后的变化,即(dp/p)/sxo。

金属材料:

在灵敏度系数表达式中,1+2号的值远远大于(dp/p)/sx。

应变是量纲为1的数字。应变通常很小,通常用10-6来表示。举例来说,当应变变为0.0001时,通常在工程中表示为1x10-6或m/m。微应变也常被称为应变测量。

半导体应变片又称压阻传感器。

纯电阻元件由半导体材料的压阻效应制成。

压阻效应:

随着作用应力的变化,半导体材料的电阻率发生了变化。

在轴向力受到半导体材料的影响下,电阻相对变化。

nl半导体材料的压阻系数。1+2项随几何形状而变化,nle项为压阻效应,随电阻率而变化。

半导体的压阻效应。

结果表明,nle的灵敏度系数是1+2的近百倍,因此可以忽略1+2,所以半导体应变片的灵敏度系数:

半导体应变片的灵敏度系数是金50倍。

半导体应变片的优点:

体积小,灵敏度高,频率响应范围广,输出范围广,无需放大器,可直接与记录仪连接,使测量系统简单。


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