金属与半导体电阻应变片的比较

电阻应变片的工作原理与灵敏系数

电阻应变片基于电阻应变效应工作，其电阻相对变化与应变的关系由灵敏系数 $K$ 描述：

式中 $\mu$ 为材料泊松比，$\epsilon$ 为应变，$\mathrm{\Delta }R\mathrm{/}R$ 为电阻相对变化，$\mathrm{\Delta }\rho \mathrm{/}\rho$ 为电阻率相对变化。公式右侧包含两项贡献：

• 几何应变效应 $1+2\mu$：由材料受力后几何尺寸变化引起，金属材料中 $\mu$ 一般为 0.3~0.5，同种材料为常数。
• 压阻效应 $(\mathrm{\Delta }\rho \mathrm{/}\rho )\mathrm{/}\epsilon$：由材料受力后电阻率变化引起。

金属与半导体应变片的贡献对比

• 金属材料：压阻效应很小，可忽略，灵敏系数主要由几何应变效应决定，一般 $K\approx 1.7\sim 3.6$。
• 半导体材料：压阻效应比几何应变效应大几十到上百倍，几何应变效应可忽略，整体灵敏度远高于金属材料。

半导体应变片的优缺点

优点：

• 灵敏系数高，约为金属应变片的 50 倍，可测微小应变；
• 体积小；
• 机械迟滞小，横向效应小；
• 频率响应高。

缺点：

• 温度稳定性差；
• 灵敏系数的非线性大，即灵敏度随应变的大小和方向不同而变化。

使用条件

由于上述缺点，半导体应变片使用时需采用温度补偿和非线性补偿措施。