电阻式传感器的工作原理与应变效应

"导体受拉伸后的参数变化 - 传感器与检测技术(胡向东)第3章电阻式传感器" 本资源主要讲述了电阻式传感器的工作原理、应变效应以及导体受拉伸后参数变化的相关知识。电阻式传感器是利用电阻应变片将机械应变转化为电阻变化的设备，广泛应用于力、力矩、压力、加速度和重量等物理量的测量。 3.1 工作原理 电阻式传感器的核心是应变片，它基于应变效应，即当导体或半导体材料在外力作用下发生形变时，其电阻值也会相应改变。传感器通常包含一个弹性元件，当受到外部力的影响，如力、力矩或压力，弹性元件会发生形变，产生应变，进而影响与其连接的应变片的电阻值。测量电路可以将这个电阻变化转化为电信号输出，从而得到被测量的大小。 3.1.1 应变效应 应变效应解释了为何电阻会随着材料的形变而变化。当导体（如电阻丝）受到拉力时，其长度增加，横截面积减小，同时电阻率也可能发生变化。这些变化导致电阻值的改变，可用应变ε表示长度相对变化量。电阻的相对变化量与材料的泊松比μ有关，泊松比描述了材料横向和纵向应变的关系。灵敏系数K衡量的是单位应变引起的电阻相对变化，它受材料几何尺寸变化和材料自身属性的影响。 3.2 电阻应变片的温度误差及补偿 在实际应用中，电阻应变片不仅会因应力变化而改变电阻，还会因温度变化产生误差。因此，需要进行温度补偿以确保测量的准确性。这通常通过使用温度补偿电阻或者采用具有温度补偿功能的应变片来实现。 3.3 电阻应变片的测量电路 常见的测量电路有惠斯通电桥，它可以有效地抵消环境温度变化的影响并提高信号的信噪比。电桥中可能包括一个或多个应变片，根据电路设计，可以实现单臂、半桥或全桥配置，以适应不同测量需求和提高灵敏度。 3.4 电阻式传感器的应用 电阻式传感器因其结构简单、性能稳定、成本低廉，被广泛应用在各种领域。例如，它们可以用于汽车制动系统中的力矩测量、工业设备的压力检测、桥梁结构健康监测的应变测量，以及运动设备中的加速度测量等。 总结来说，电阻式传感器是利用物理应变与电阻变化之间的关系来测量物理量的重要工具。理解导体受拉伸后的参数变化及其对传感器性能的影响，对于设计和优化传感器系统至关重要。