金属应变效应电阻应变片及其工作原理

（1）金属应变效应

电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械形变（拉伸或者压缩）的大小而发生相应的变化，这个现象就称为金属的电阻应变效应。图2-1所示是一种金属电阻丝，设其电阻值为R，电阻率为ρ，截面积为S，长度为l，则其电阻值的表达式为R=ρl/S。其中，ρ为电阻率（Ω·m）；l为电阻丝长度（m）；S为电阻丝截面积（m2）。

沿整条电阻丝长度作用均匀应力时，ρ、l、S的变化引起电阻R的变化。假设电阻丝受到拉力作用，它将沿轴线方向伸长，设伸长量为Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率的变化为Δρ，则电阻的相对变化量为

图2-1　金属丝的应变效应

对于半径为r的圆导体，S=πr2，ΔS/S=2Δr/r。在弹性范围内Δl/l=ε；Δr/r=-με；Δρ/ρ=λσ=λEε，代入式（2-1）中可得其中，ε为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量（μm/m）；μ为电阻丝材料的泊松比，一般来说，金属的泊松比μ=0.3～0.5；λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量。（1+2μ）ε表示由几何尺寸变化而引起的电阻的相对变化量，λEε表示由材料的电阻率的变化而引起的电阻的相对变化量。不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。

通常把单位应变引起的电阻值的相对变化称为电阻丝的灵敏系数，用K表示，则有

K与金属丝材料和电阻丝形状有关。显然，K越大，单位纵向应变所引起的电阻值相对变化越大，应变片越灵敏。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。所以，式（2-2）也可以写成(www.xing528.com)

大多数电阻丝在一定的形变范围内，不管是拉伸还是压缩，其灵敏系数都保持不变，当超过一定范围时将发生改变。

（2）金属电阻应变片的结构

常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。

丝式应变片的结构如图2-2所示。把一根高电阻率的金属丝（康铜或镍铬合金等制成，直径为0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘基片和覆盖层之间，由引出导线接到外电路。

箔式应变片如图2-3所示，是用光刻、腐蚀工艺制成很薄的栅状金属箔片，其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片的厚度约为0.003～0.010mm，散热好，允许通过较大的电流。图2-4所示为各式金属电阻应变片花形图。

图2-2　丝式应变片的结构

图2-3　箔式应变片的结构

金属电阻应变片的标准电阻有60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等，其中常用的是120Ω。