基本传感器实验报告.docx

目的：了解电阻应变仪的工作原理和应用，掌握应变仪的测量电 路。2,基本原理：电阻应变仪传感器是由电阻应变仪经过特定的工 艺粘贴在弹性元件上组成的。一种利用电阻材料的应变效应将工程结 构的内部变形转化为电阻变化的传感器。这种传感器主要是通过某种 机械装置来测量弹性元件的变形,然后通过电阻应变仪将弹性元件的 变形转换为电阻的变化，然后将电阻的变化转换为电压。或由测量电 路输出的电流变化信号。它可以用于检测各种可以转化为变形的非电 气物理量，例如力，压力，加速度，转矩，重量等。它广泛用于机械 加工，测量，建筑测量和其他行业。1.应变仪的电阻应变效应，即所 谓的电阻应变效应，是指具有规则形状的金属导体或半导体材料在外 力作用下产生的应变，其电阻值会相应变化。该物理现象称为电阻 应变效应。以圆柱导体为例：如果导体的长度为I ,半径为R ,电 阻率为p，则根据电阻的定义41-D当导体由于某种原因产生应变 时，长度L的变化，截面积a和电阻率p为DL , Da , Dp ,相应的 电阻变化为Dr。由公式（1-1）的总微分得出的电阻变化率DR / R 为：（1-2 ）其中DL / L是导体sL的轴向应变;DR / R是导体的横向 应变，eR是从材料力学中获得的：eL=-收R （1-3 ）,其中p是材料 的泊松比，大多数金属材料的泊松比约为0.3 -0.5;负号表示它们朝相 反的方向变化。通过将公式（1-3 ）代入公式（12 ）,我们得到:（1- 4 ）公式（1-4 ）表明，电阻应变效应主要取决于其几何应变（几何效 应）及其自身的独特性。电导率（抗压效应 2.应变敏感性，是指 在单位应变作用下，电阻应变计产生的电阻的相对变化。（1 ）金属 导体的应变灵敏度K主要取决于其几何效应；（1-5 ）的灵敏度系数 可取如下：k二金属导体在应变作用下的电阻变化，电阻在拉伸时增 大，在压缩时减小，并与轴向成比例应变。金属导体的电阻应变敏感 度约为2。（ 2 ）半导体的应变敏感度主要取决于其压阻效应。DR / R <aDp6.8p。半导体材料具有更高的电阻变化率的原因是，它比 金属导体具有更大的压阻效应。当半导体由于力而变形时,晶体结构 的对称性将暂时改变，因此半导体的导电机理将改变，并且其电阻率 也将改变。这种物理现象称为半导体的压阻效应。半导体材料与不同 材料在不同应力条件下的压阻效应不同，可以是正的（增加电阻）或 负的（减小电阻换句话说，相同的拉伸变形，不同材料的半导体 将获得相反的电阻变化效果。半导体材料的电阻应变效应主要体现在 压阻效应中，其灵敏度系数较大,一般在100至200之间。3.金属 箔应变仪广泛用于SMT工艺传感器中，但SMT半导体应变仪（温 度漂移，稳定性，线性差且容易损坏）很少使用。通常，n型单晶硅 用作传感器的弹性元件，半导体电阻应变膜直接在其上蒸发并扩散 （从敏感栅极扩散），而扩散型压阻（压阻效应）传感器则是制作。*本实验中以金属箔应变计为研究对象。4.箔式应变片的基本结构是 将直径约0.025mm的金属线或箔粘贴在酚醛和环氧树脂等绝缘材 料的基板上,如图1-1所示。（a）线型应变仪（b ）箔式应变仪图 1-1应变仪的结构图金属箔应变仪是通过光刻，腐蚀和其他方法制成 的应变敏感元件。的过程，与导线应变仪相同。当电阻线在外力的 作用下机械变形时，其电阻值改变，这就是电阻应变效应。描述电 阻应变效应的关系为：AR / r二在