电阻应变式传感器.
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电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。
应用范围:可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。
应变式传感器特点①精度高,测量范围广;②使用寿命长,性能稳定可靠;③结构简单,体积小,重量轻;④频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量;⑤价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用。
1、应变式传感器的工作原理(1) 金属的电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。
公式推导:若金属丝的长度为L,截面积为S,电阻率为ρ,其未受力时的电阻为R,则:(9.1)如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形,其长度L变化dL,截面积S 变化dS,电阻率ρ变化,因而引起电阻R变化dR。
将式(9.1)微分,整理可得:(9.2)对于圆形截面有:(9.3)为金属丝轴向相对伸长,即轴向应变;而则为电阻丝径向相对伸长,即径向应变,两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ,负号表示符号相反,有:(9.9)将式(9.9)代入(9.3)得:(9.5)将式(9.5)代入(9.2),并整理得:(9.6)(9.7)或K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
公式简化过程:由式可以明显看出,金属材料的灵敏系数受两个因素影响:一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的,即项;另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的,即项。
对于金属材料项比项小得多。
大量实验表明,在电阻丝拉伸比例极限范围内,电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的,即K0为常数,于是可以写成:(9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。
通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。
(2) 应变片的基本结构及测量原理距用面积。
应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如2为的电阻丝制成的。
电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器,也被称为应变计,是一种常用的力、压力、应变等物理量测量的传感器。
其工作原理基于电阻在物体受力或受压变形过程中产生的应变效应,通过测量电阻值的变化来获得被测物理量的大小。
电阻应变式传感器的核心是电阻应变片。
电阻应变片是一种金属或半导体材料制成的薄片,具有良好的弹性和导电性能。
当被监测的物体受到外界力或压力作用时,电阻应变片发生形变,导致其长度、宽度和厚度的变化,从而引起导体横截面内电阻的变化。
根据应变片的布置方式,电阻应变式传感器可以分为单元式和桥式两种类型。
单元式电阻应变式传感器由一个单独的应变片组成。
该传感器在应变片上通过导线连接一个外部电路,通过测量电阻值的变化来间接反映物体受力或受压的大小。
当外界力或压力作用于物体,应变片发生形变,其电阻值变化,从而引起电路中的电压或电流变化。
通过测量电压或电流的变化,可以计算出物体所受力或受压的大小。
桥式电阻应变式传感器采用四个相互连接的应变片来组成一个电阻应变式桥。
四个应变片分为两个对称组,每个组内的应变片两两布置在物体上。
通过选择不同的应变片材料和布置方式,可以使得一组应变片在被测物体拉伸变形时电阻值增加,另一组应变片在被测物体压缩变形时电阻值增加。
这样,当物体受到外界力或压力作用时,会引起电阻值的变化,从而导致电桥的不平衡。
利用电桥供电电压一定的特性,可以通过测量电桥的输出信号来计算被测物体的力或压力大小。
为了提高传感器的灵敏度和准确度,通常会对应变片进行补偿和校准。
补偿方法主要包括温度补偿和应变片的附加电路设计。
温度补偿可通过在应变片上安装温度传感器来实现,以消除温度变化对测量结果的影响。
应变片的附加电路设计可通过配备稳压电源和电桥调零电路来提高传感器的准确度。
电阻应变式传感器具有结构简单、响应速度快、可进行在线测量等优点。
它广泛应用于测力仪器、压力传感器、称重仪器、位移测量仪器等各个领域。
然而,电阻应变式传感器也存在不足之处,如对温度敏感、易受外界干扰等问题,需要在实际应用中进行合理的设计和使用,以确保测量结果的准确性和可靠性。
电阻式应变传感器是以电阻应变计为转换元件的传感器,其精确测量工作的原理是应变式原理。
这种应变计可以将变形能量转换为电阻值的变化,从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成的电阻应变式传感器,可以根据具体测量要求,设计成多种结构的形式。
还有这样的事实存在,弹性敏感元件如果受到所测量的力会产生变形,并使附着其上的电阻应变计一起变形。
目前,在测量行业内,常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精
度高,测量范围广寿命长,结构简单,频响特性好,能在恶劣条件下工作,易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
电阻式应变传感器常见的特点有以下几点:
①精度高,测量范围广;
②使用寿命长,性能稳定可靠;
③结构简单,体积小,重量轻;
④频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量;
⑤价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用。
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