应变式力传感器示意图

6 电阻应变片的动态响应特性 动态应变是以应变波的形式在试件中传播的，
它的传播速度V与声波相同。
图2-4 应变波
2.1.4 电阻应变片的粘贴技术
应变片的粘贴步骤如下： (1) 应变片的检查与选择。 (2) 试件的表面处理。 (3) 底层处理。 (4) 贴片。 (5) 固化。 (6) 粘贴质量检查。 (7) 引线焊接与组桥连线。
产生机械滞后的原因，主要是金属丝、粘结剂和 基底在承受机械应变后都留有残余变形。
零漂：已粘贴的应变片，在温度保持恒定、试件 上没有应变的情况下，应变片的指示应变会随时 间的增长而逐渐变化，此变化就是应变片的零点 漂移。
蠕变：已粘贴的应变片，在温度保持恒定时，承 受某一恒定机械应变长时间的作用，应变片的指 示应变会随时间而变化。
面应变
l

dl l

r

dA A

2
dr rBiblioteka 2 负号表示面应变与线应变成正比，但是变化方
向相反。

综合得
dr / r dr / r
dl / l

R R

l l
(1 2)

(1 2

/ ) l
l / l l

K0
2.1.2 电阻应变片的结构、种类
l

F AE
r


F AE
图2-5 实心轴力敏感器
图2-6所示为采用实心轴力敏感器的电阻应变 式力传感器，是通过将应变片粘贴到受力的实 心轴力敏感器上而构成的。
图2-6 应变式力传感器示意图
2.2 其它电阻式传感器
2.2.1 压阻式传感器
半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生 变化，这种现象称为“压阻效应”。
2.1.5 电阻应变片的典型应用举例 电阻应变片主要有以下两种应用方式： 1) 被测量为应变 2) 被测量为除应变外的其他非电量 力可以通过实心轴、空心轴、悬臂梁、双端固
支梁等结构型式的敏感器转换为应变。 如图2-5所示为实心轴，通过材料力学知识的
推导，可得轴向应变和径向应变分别为
1 电阻应变片的结构
电阻应变片的结构如图所示，由敏感栅(金属 丝或箔)、基底、覆盖层、粘合剂、引出线等 组成。
图2-2 金属电阻应变片的结构
2 电阻应变片的种类 按敏感栅的结构形式，金属电阻应变片可分为
丝式、箔式、薄膜式等。
图2-3 金属应变片的结构形式
2.1.3 电阻应变片的主要特性
2 横向效应
横向效应：沿应变片轴向的应变 x 必然引起应 变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的 横向应变 y 也会引起其电阻的相对变化。
3 机械滞后，零漂及蠕变
应变片安装在试件上以后，通过实验，在一定的 温度下，在零到某一指定应变之间的应变范围内， 作出应变片电阻相对变化与试件机械应变之间加 载和卸载的特性曲线，二者并不重合，这种现象 称为应变片的机械滞后。
压阻式传感器的优点是：
①灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直 接用于测量；
②分辨率高，测压力时可测10Pa至20Pa的微压；
③元件有效面积可做得很小，故频率响应高；
④可测量低频加速度与直线加速度。
压阻式传感器的最大缺点是温度误差较大。
2.2.2 热电阻
利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫做电 阻式温度传感器，按采用的电阻材料可分为金属 热电阻和半导体热敏电阻两大类。
电阻式传感器的基本原理是依据某种物理、化学 或生物效应将某种非电量的变化转换成传感元件 电阻值的变化，再经过转换电路将电阻值的变化 变成电信号输出，从而完成非电量的电测量。
电阻式传感器的类型包括热电阻、应变片、热敏 电阻、湿敏电阻、光敏电阻、气敏电阻等。
2.1 电阻应变片
2.1.1 电阻应变片的工作原理——应变效应
d
设E为半导体材料的弹性模量

F E
A
同样，由电阻定律表达式可推出半导体材料压
阻效应的定量表达式

R R

dR R
[(1
2) E]

Ks
对于半导体材料 E (1 2) ，因此
R R
E

Ks
依据半导体的压阻效应，制成两类传感器。一类 是利用半导体材料的体电阻制成粘贴式应变片， 制作成半导体应变式传感器。另一类是在半导体 材料的基片上用集成电路工艺制成扩散电阻，作 为测量传感元件，亦称扩散型压阻式传感器。
1 灵敏系数
灵敏系数为应变片的电阻相对变化与试件主应力 方向的应变之比。
电阻应变片的灵敏系数与单纯的电阻丝的灵敏系 数是不相同的,原因：
(1) 试件的形变是通过剪力传到敏感栅上的。
(2) 栅丝沿长度方向承受纵向应变时，应变片弯角 部分承受横向应变，其截面积变大，则应变片直 线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也 使应变片的灵敏度下降。
在应变片工作时，零漂和蠕变是同时存在的。在 蠕变值中包含着同一时间内的零漂值，这两项指 标都是用来衡量应变片特性对时间的稳定性，在 长时间测量时其意义突出。
4 温度效应
环境温度变化时，会引起粘贴到试件上的电阻应变 片阻值的变化。从电信号方面看，似乎发生了应变， 即产生了虚假应变，这种现象称为温度效应。
温度改变引起电阻变化的主要因素有二：其一是应 变片电阻丝的温度系数；其二是电阻丝材料与试件 材料的线膨胀系数不同。
5 应变极限
指当温度一定时，指示应变和真实应变的相对差值 不超过一定数值时的最大真实应变数值。一般规定 此差值为10％，即指示应变数值为真实应变的90％ 时的真实应变值称为应变片的极限。
制作温度敏感元件的电阻材料要满足以下要求：
①要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数；
②电阻率大，以便在同样灵敏度下减小元件尺寸；
电阻应变片基于金属材料的应变效应。因形变而 使其阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。
对于横截面均匀的导体(或半导体)，其电阻为

R L
A
两边进行微分运算，求得其电阻相对变化
dR dl dA d R l A
图2-1 导体受拉伸后的参数变化
轴向线应变或纵向线应变