导体或半导体材料在外界作用下 (如压力等),会产生机械变形,其电阻值也将随着发生变化,这种现象称为应变效应。
如图2-6所示,以金属丝应变片为例分析这种应变效应。
金属丝应变片的电阻R可表示为
(2.3)
式中 R——金属丝电阻值,Ω;
ρ——金属丝的电阻率,
l——金属丝的长度,m;
A——金属丝的截面积,mm2。
图2-6 金属丝电阻应变片的结构
1—焊接点;2—引出线;3—覆盖层;4—基片;5—电阻丝
如果对整条金属丝长度方向作用均匀力时,由于ρ、l、A的变化会引起电阻的变化。
实验证明,电阻丝及应变片的电阻相对变化量ΔR/R与材料力学中的轴向应变εx的关系在很大范围内是线性的,即≈Kεx(2.4)
式中 K——电阻应变片的灵敏度。
对于不同的金属材料,K略微不同,一般为2左右。而对半导体而言,由于其感受应变时,电阻率ρ会产生很大的变化,所以灵敏度比金属材料大几十倍。
在材料力学中,εx=Δl/l称为电阻丝的轴向应变,也称为纵向应变;εy=Δr/r称为电阻丝的径向应变,且εy=-μεx,μ为金属材料的泊松比。εx是量纲为1的数,通常很小,常用10-6表示之。例如,当εx为0.000001时,在工程中常表示为1×10-6或μm/m。在应变测量中,也常将之称为微应变 (με)。
对金属材料而言,当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于1×10-3,即1000μm/m,否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。
由材料力学可知,εx所以ΔR/R又可表示
如果应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹性模量E均为已知,则只要设法测出ΔR/R的数值,即可获知试件受力F的大小。
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