应变电阻式传感器的基本组成

应变电阻式传感器的基本组成

应变电阻式传感器的基本组成

定义

应变电阻式传感器是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器，主要由弹性敏感元件和应变片两部分组成。弹性敏感元件（如悬臂梁、膜片、柱体等）直接承受被测物理量（力、压力、加速度等），产生形变（应变）。应变片（金属丝或半导体材料）粘贴在弹性元件表面，随其变形而产生电阻变化。

作用

• 弹性敏感元件：将非电学量（力、压力等）转换为应变ε（无量纲），ε = ΔL/L，其中ΔL为长度变化，L为原始长度。
• 应变片：将应变ε转换为电阻相对变化ΔR/R。对于金属应变片，ΔR/R ≈ Kε，K为应变灵敏系数（通常约2）。对于半导体应变片，K可达100以上，但温度稳定性较差。
• 测量电路：通常采用直流或交流电桥，将电阻变化转换为电压或电流输出。例如，单臂电桥输出电压U_o = (U_i/4) * (ΔR/R)，其中U_i为供桥电压。

工程理解

在实际应用中，应变片通常按一定方向（如测量轴向或切向应变）粘贴，并通过全桥、半桥等接法提高灵敏度并实现温度补偿。例如，测力传感器常采用双应变片对臂接入电桥，自动抵消温度影响。设计时需考虑弹性元件的线性度、滞后及应变片的粘贴工艺（如固化、防潮）。

关键公式

• 电阻变化：$\frac{\Delta R}{R}=K·\epsilon$
• 电桥输出（单臂）：$U_o=\frac{U_i}{4}·K·\epsilon$