第3章应变式传感 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的 金属箔栅,其厚度一般在0.003~0.0mm。其优点是散热条件 好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状,便于批量生 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝 缘基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅,最后再加 上保护层。它的优点是应变灵敏度系数大,允许电流密度大, 工作范围广。 半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是基于 半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应,是指半导体材料在 某一轴向受外力作用时,其电阻率p发生变化的现象 半导体应变片受轴向力作用时,其电阻相对变化为
第3章 应变式传感器 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的 金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。其优点是散热条件 好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所需的形状, 便于批量生 产。薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝 缘基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加 上保护层。它的优点是应变灵敏度系数大, 允许电流密度大, 工作范围广。 半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工作原理是基于 半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应，是指半导体材料在 某一轴向受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。 半导体应变片受轴向力作用时, 其电阻相对变化为
第3章应变式传感 △R (1+2)E+2 (3-10) R 式中△p/p为半导体应变片的电阻率相对变化量,其值与半 导体敏感元件在轴向所受的应变力关系为 =兀=丌·E·E (3-11) 式中:兀—半导体材料的压阻系数 将式(3-11)代入式(3-10)中得 NP=(1+2+E丌)E 3-12)
第3章 应变式传感器 = + + (1 2 ) R R （3-10） 式中Δρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量, 其值与半 导体敏感元件在轴向所受的应变力关系为 = = E （3-11） 式中: π——半导体材料的压阻系数。 将式（3 - 11）代入式（3 - 10）中得 = + + (1 2 E ) （3-12）
第3章应变式传感 实验证明,mE比(1+2μ)大上百倍,所以(1+2u)可以忽 略,因而半导体应变片的灵敏系数为 △R (3-13) R E 半导体应变片突出优点是灵敏度高,比金属丝式高50~80 倍,尺寸小,横向效应小,动态响应好。但它有温度系数大,应 变时非线性比较严重等缺点
第3章 应变式传感器 实验证明, πE比（1+2μ）大上百倍, 所以（1+2μ）可以忽 略, Ks = E R R = （3-13） 半导体应变片突出优点是灵敏度高, 比金属丝式高50～80 倍, 尺寸小, 横向效应小, 动态响应好。但它有温度系数大, 应 变时非线性比较严重等缺点
第3章应变式传感 横向效应 当将图3-3所示的应变片粘贴在被测试件上时,由于其敏 感栅是由n条长度为1的直线段和(n-1)个半径为r的半圆组成, 若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变欲x时,则各直线段 的电阻将增加,但在半圆弧段则受到从+x到Ex之间变化的应 变,圆弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电 阻的变化。综上所述,将直的电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度不 变,应变状态相同,但由于应变片敏感栅的电阻变化较小,因而 其灵敏系数K较电阻丝的灵敏系数K0小,这种现象称为应变片 的横向效应
第3章 应变式传感器 二、 横向效应 当将图 3 - 3 所示的应变片粘贴在被测试件上时, 由于其敏 感栅是由n条长度为l1的直线段和（n-1）个半径为r的半圆组成, 若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变εx时, 则各直线段 的电阻将增加, 但在半圆弧段则受到从+εx到-μεx之间变化的应 变, 圆弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电 阻的变化。综上所述, 将直的电阻丝绕成敏感栅后, 虽然长度不 变, 应变状态相同, 但由于应变片敏感栅的电阻变化较小, 因而 其灵敏系数K较电阻丝的灵敏系数K0小, 这种现象称为应变片 的横向效应
第3章应变式传感 (b) 图3-3应变片轴向受力及横向效应 (a)应变片及轴向受力图;(b)应变片的横向效应图
第3章 应变式传感器