锰铜压阻式传感器的工作原理解析

锰铜压阻式传感器的工作原理：电阻R 变化由导体电阻率变化决定，这与半导体应变计工作原理相似。

导体电阻率ρ 随压力增大而减小，随温度增高而增加：

式中，ρ0 为常温常压下的电阻率；ρP 为由于压力P 引起的电阻率增量，ρP =ρ0·Kp；ρT 为由于温度引起的电阻率增量，ρT =ρ0·αT0；K、α 分别为压力系数和温度系数。

对于多数金属导体，其压力系数和温度系数在数量上近似，因而两种因素都不可忽略。对某些金属导体来说，在一定压力和温度下还会发生相变，这就使电阻率的变化复杂化，无法直接利用电阻率的变化来测量压力。

利用金属的压阻效应测量压力，必须选择一种金属材料，但其电阻率ρ 仅仅随压力P 而变化，而因温度引起的电阻率ρ 的变化可以忽略，只有这样才能实现利用金属电阻率的变化来测量压力变化的目的。

因此对用于制造这类压力传感器金属材料的要求是：

(1)由压力引起的电阻率的变化比由温度引起的电阻率的变化大得多，以致由温度引起的电阻率的变化可以忽略；

(2)为便于测量和分析，在动态压力作用下，该材料不会发生相变；(www.xing528.com)

(3)为了在很细金属丝或很薄(金属箔)、很短(仅几十毫米)的材料中得到足够大的电阻率，要求材料的电阻率高，而且随着压力的变化，电阻值的变化也要大。

锰铜是一种符合以上要求的最为理想的材料，它的温度系数α =2 ×10 -5/℃，比一般导体的温度系数α=5 ×10 -3/℃小2 个数量级；并且在动态压力下不会发生相变；在很短的丝或箔中电阻值很大，并且随着压力的增加，电阻率同时增大。

锰铜的电阻值R 为

锰铜的电阻率ρ 为

在严格的一维平面应力作用情况下，受压缩的只是锰铜丝的侧面尺寸，即长度l 是不变的。除ρP 变化外，横截面积A 也随压力而变化，并且( A0 和A 为压缩前后截面积，V0 和V 为压缩前后体积)：

式中，ΔR = R- R0 。在一维压缩情况下，锰铜的电阻率相对变化和电阻值相对变化都仅仅是压力的函数，实验证明体积变化的影响很小，上式可改写为

式中，Kb 为锰铜的压阻系数，它与材料成分及传感器形状有关。只要测得锰铜的压阻系数Kb，由所测得就可直接得出被测压力。