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應(yīng)變式電阻傳感器原理和測量電路詳析
應(yīng)變式電阻傳感器原理和測量電路詳析
應(yīng)變式電阻傳感器是借助于彈性元件,將力的變化轉(zhuǎn)化為變形,然后利用導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng),將力轉(zhuǎn)化變成電阻的變化,最終利用測量電路得到被測量(力)的電信號。應(yīng)變式電阻傳感器主要包括彈性元件,電阻應(yīng)變片及測量電路。
電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理說明:
(1)結(jié)構(gòu)
電阻應(yīng)變式片的結(jié)構(gòu)圖
合金電阻絲以曲折性(柵形)粘接劑粘貼在絕緣基片上,兩端通過引線出,絲柵上面再粘貼一層絕緣保護(hù)膜。把應(yīng)變片貼于被測變形物體上,敏感柵隨被測物體表面的變形而使電阻值改變,只要測出電阻的變化就可得知變形量的大小。電阻應(yīng)變片主要恩威金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片,常見的金屬應(yīng)變片有絲式,箔式和薄膜式三種(如圖),半導(dǎo)體應(yīng)變片是在硅上利用擴(kuò)散技術(shù)形成電阻。
1.電阻絲;2.金屬箔;3.半導(dǎo)體;4.基片
2.應(yīng)變效應(yīng)
導(dǎo)體貨半導(dǎo)體收外力作用變形時,其電阻值也將隨之變化,這種現(xiàn)象被稱為:應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一金屬導(dǎo)體,長度為I,界面劑為S,電阻率為P,則該導(dǎo)體的電阻R為:
如上圖所示,當(dāng)金屬導(dǎo)體收到拉力作用時,長度Δ1,截面積將縮小ΔS,從而導(dǎo)致電阻增加ΔR,這樣,導(dǎo)體的電阻變?yōu)镽+ΔR。通過推導(dǎo),可以得出導(dǎo)體電阻的相對變化量為:
上圖式中可以得出,Σ=ΔI/I成為縱向應(yīng)變式;K為金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度。下圖為金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)
金屬應(yīng)變片的靈敏度主要與導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。近似等于2,如果沒有特別說明。一般K=2。但道題應(yīng)變片的靈敏度主要與半導(dǎo)體材料有關(guān),并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的靈敏度。
(2)測量電路
為了檢測應(yīng)變片電阻的微小變化,需通過測量電路把電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓和電流后由儀表讀出。在應(yīng)變式傳感器中最常用的轉(zhuǎn)換電路是橋式電路。按輸入電源性質(zhì)的不同,橋式電路可分為交流電橋和直流電橋兩類。在大多數(shù)情況下,采用的是直流電橋電路。下面以直流電橋為例子分析它的工作原理和特性。
直流電橋的基本電路示意圖
在未施加作用力時,應(yīng)變?yōu)?/span>o,此時橋路輸出電壓Uo也為0,即橋路平衡,由橋路平衡的條件可知,應(yīng)使4個橋臂的初始電阻R1,R2,R3和R4滿足R1R3=R2R4,或是R1/R2=R4/R3,通常取R1=R2=R3=R4即全等臂形式。
橋路工作時輸入電壓Ui保持恒定不變,當(dāng)4個橋臂電阻的變化值Δ遠(yuǎn)小于初始電阻。且電橋負(fù)載電阻為無窮大時,電橋的輸出電壓Uo可以近似用下式表示:
由于R1=R2=R3=R4,所以根據(jù)以上的根式可以變?yōu)椋?/span>
根據(jù)圖上可知,ΔR/R=KΣx,其中KI為電阻應(yīng)變片的靈敏度;ΣX為軸向應(yīng)變。則式中可以寫成:
根據(jù)應(yīng)用要求的不同,可接入不同數(shù)目的都電阻應(yīng)變片,一般分為下面幾種形式的電橋:
1.雙臂半橋形式
2.單臂半橋形式
3.全橋形式
以上三種電橋形式中,全橋形式的靈敏度最高,也是最常用的一種形式。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于電阻傳感器的知識技巧了,學(xué)習(xí)以上的應(yīng)變式電阻傳感器原理和測量電路詳析知識,對于電阻傳感器的幫助都是非常大的,這也是新手學(xué)習(xí)電子專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù),我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
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