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世铨传感器STC-45KGB：力传感器金属应变片和半导体应变片的原理

发布时间：2024-05-08

应变片是测力传感器的核心部件，应变片主要有金属应变片和半导体应变片两种，我们来讲一讲两种应变片的工作原理与区别和优缺点。金属电阻应变片的工作原理是利用导体形变引起阻值的变化(金属应变效应);而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化(压阻效应)

金属应变片的优点包括：制作方便，温度稳定性和可重复性好等;主要缺点：灵敏度低，横向效应等;

半导体应变片的优点包括：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小和体积小等;主要缺点：温度稳定性差、灵敏度系数非线性大。

金属应变片与半导体应变片在工作原理上的不同在于电阻变化的原因不同：

金属应变片是导体的形状变化从而引起阻值相应的变化。

半导体应变片是半导体的电阻率发生变化从而引起电阻相应的变化。

金属电阻应变片是利用金属材料电阻值随受力情况发生变化的特性来测量物体的形变程度。具体来说，当外力作用于金属电阻应变片时，其电阻值会发生微小变化，通过检测电阻值的变化就可以计算出物体的形变程度。金属电阻应变片适用于测量较小的形变范围，例如弹性形变。

(1)力传感器金属电阻应变片通常由线性变化的导体材料制成，如常见的铜、锡、镍等。这些导体材料被夹在两个绝缘基底之间并维持一定的张力，以确保应变片使用时可以以线性方式响应外力的变化。除了导体和绝缘材料，应变片还包括导线连接器，并可能带有电路板、保护外壳或传感器等附属部件。金属电阻应变片能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。

(2)利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件，又称半导体应变片。压阻效应是半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率发生变化的现象(见压阻式传感器)。

(3)半导体应变片与电阻应变片相比，具有灵敏系数高(约高 50~100倍)、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。P型和N型硅的灵敏系数符号相反，适于接成电桥的相邻两臂测量同一应力。