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应变片式传感器的结构原理及其应用

时间:2021-01-14 点击次数:

机械传感器有很多种,如电阻应变片压力传感器,半导体应变片压力传感器,压阻压力传感器,电感式压力传感器,电容式压力传感器,共振式压力传感器和电容式加速度传感器。但是,应用最广泛的却是压阻式压力传感器,它具有极低的成本、高精度和良好的线性。

对于压阻式力敏传感器,我们首先要了解电阻应变片这类元件。电阻性应变片是把被测部件上的应变变化转化为电信号的敏感器件。该传感器是压阻式应变传感器的重要组成部分。电阻式应变片主要有两种类型:金属电阻应变片和半导体应变片。电阻式应变片有丝状应变片和箔状应变片两种。一般情况下,通过特殊粘合剂将应变片紧密粘结在形成机械应变的基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生变形,使应变片的阻值发生变化,从而引起电阻电压的变化。一般情况下,应变片在受力时产生的阻值变化较小,一般情况下,应变片由应变电桥组成,并通过随后的仪表放大器进行放大,再传送到显示或执行器,通常为A/D转换和CPU。

其内在结构:

包括基材、应变丝或应变箔、绝缘保护片及引出线等部分。设计人员可根据不同用途,设计出电阻应变片的阻值,但应注意电阻的取值范围:阻值过小,所需的驱动电流过大,同时应变片发热导致自身温度过高,在不同的环境下使用,使应变片的阻值变化过大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而且,电阻过大,阻抗过高,不能抵抗外界的电磁干扰。通常都是几十欧到十几欧左右。电阻型应变片工作原理:

其工作原理是金属电阻应变片吸附于基体材料上,随着机械变形,其应变电阻发生变化,通常称为电阻应变效应。可以使用下式表示金属导体的电阻值:

α-金属导体电阻率(Ω·cm2/m)

S-导线截面积(cm2)

L-导线长度(m)

就拿线材的应变电阻来说,线材在外力的作用下,其长度和截面积都会发生变化,从上面的公式可以看出,线材的电阻即会发生变化,如果线材在外力的作用下被伸长,则线材的长度增加,截面积减小,电阻值就会增加。线材在外力的作用下受压时,线材的长度减少,而截面增大,电阻值也随之减少。只需测到电阻加成的变化(通常是测到电阻两端的电压),就可以得到应变金属丝的应变情况。

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