电阻应变式传感器

工作原理

　　电阻应变式传感器工作原理是基于电阻应变效应原理。用金属电阻丝制作成电阻应变片，将其粘贴在弹性体上。测量时，当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。

　　电阻应变效应：

　　一段金属电阻丝长度为L，横截面为S，电阻率记作ρ，材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为：

　　R = ρL/S（Ω）

　　其中：L-金属导线长度 S-金属导线横截面积 ρ-电导率（不同材料电阻率不同）

　　当金属导线两端受拉力F伸长变形。设其伸长ΔL，横截面积则缩小，它的截面圆半径减少Δr。金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，这种现象称为电阻应变效应。

　　将变形后电导率记作Δρ，对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，其电阻值改变了多少。我们有；

　　ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S ?CΔSρL/S2 （2-2） 用式（2-1）去除式（2-2）得到

　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L ?C ΔS/S （2-3） 另外，我们知道导线的横截面积 S =πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以；

　　ΔS/S = 2Δr/r （2-4）

　　从材料力学我们知道： Δr/r = -μΔL/L （2-5）

　　其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2-4）（2-5）代入（2-3）。

　　ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2-6）

　　其中：K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （２-７）

　　在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，常常把它的百万分之一作为单位，记作με。

　　这样，式（２-６）常写作：

　　ΔR/R = Kε （2-8）

　　式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率和电阻丝伸长率之间的关系。

发展历史

　　电阻应变式传感器，早在上世纪30年代末，由美国E.Simmons和A.C.Ruge制造出批应变计以后不久，在40年代初（1944年）就发明了粘贴式电阻应变传感器。至今已有半个多世纪的发展历史。其间，几乎每间隔10年就出现一次质的飞跃。

　　40、50年代，是传感器早期发展阶段。当时弹性材料、纸基丝式应变计以及粘结剂均处于发展研究阶段，其性能还不完善。因此，电阻应变式传感器的准确度、稳定性都不能满足测量技术的要求。

　　自50年代，箔式电阻应变计问世后，应变计的温度特性和粘结剂的力学性能都得到改善，使传感器的温度影响及蠕变影响有了明显抑制，精度提高了约一个数量级。

　　在60年代中期，传感器进入了测量领域。从60年代末到80年代初的10余年中，由于与传感器性能密切相关的各项技术所取得的突破性进展，使电阻应变式传感器获得了前所未有的高速发展。

　　80年代以后，随着加工工艺、粘贴工艺等的技术进步，使传感器的准确度、可靠性大大提高，在测量技术领域里得到了广泛应用，成为应变电测技术中的重要组成部分。现在，传感器已由单纯作为转换元件而发展成为多功能、智能化的信息测量元件。特别是微电子和微机械技术发展，必将给的传感器发展带来更广阔的空间。

优缺点

　　电阻应变式传感器的优点：

　　精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

　　电阻应变式传感器缺点：

　　对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。

分类

　　1.应变式测力传感器

　　2.应变式压力传感器

　　3.应变式扭矩传感器

　　4.应变式位移传感器

　　5.应变式加速度传感器

　　6.测温应变计

应用

　　电阻应变式传感器有两个方面的应用：