电阻应变式传感器
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电阻应变式传感器的原理今天咱们来唠唠电阻应变式传感器这个超有趣的东西。
你看啊,这电阻应变式传感器啊,就像是一个超级敏感的小机灵鬼。
它的原理其实是基于一个特别简单又神奇的现象哦。
想象一下,有一根金属丝或者金属箔片,就像一个小小的金属条,这个小金属条啊,它要是受到了力的作用,不管是被拉伸了还是被压缩了,它内部的结构就会发生变化。
这就好比你拉一个橡皮筋,你一拉,橡皮筋就变长变细了,对不对?金属条也是这样,只不过它没有橡皮筋那么有弹性啦。
那这个电阻的变化怎么就能被用来做传感器呢?这就更有意思啦。
我们可以把这个应变的金属条接入到一个电路里面。
这个电路就像一个小社会,每个元件都有自己的角色。
当金属条的电阻发生变化的时候,整个电路的电流或者电压就会跟着变化。
就好像一个小团队里,有一个成员状态变了,整个团队的工作成果就会跟着改变一样。
比如说,我们想要测量一个物体的压力。
我们就可以把这个电阻应变式传感器放在物体下面。
当物体压在传感器上的时候,传感器里面的金属条就会被压缩或者拉伸,然后电阻就变了。
这个变化就会反映在电路的电流或者电压上。
我们只要测量这个电流或者电压的变化,就能知道物体对传感器施加了多大的力啦。
再比如说,在桥梁建筑里,这电阻应变式传感器可就像一个小小的健康监测员呢。
桥梁在承受车辆行驶、风吹雨打等各种外力的时候,它的结构会发生微小的变形。
把电阻应变式传感器安装在桥梁的关键部位,当桥梁的结构发生哪怕一点点的变形,传感器里的金属条电阻就会变化,工程师们通过检测这个变化,就能知道桥梁是不是安全啦,就像医生通过检查身体的各项指标来判断一个人健不健康一样。
而且啊,这种传感器还特别的灵活。
它可以被做成各种各样的形状和大小,就像变形金刚一样。
不管是测量小小的零件的应变,还是像桥梁这种大家伙的应力变化,它都能胜任。
它就像是一个隐藏在各种设备和结构里的小侦探,默默地感受着力的变化,然后把这个秘密通过电阻的变化告诉我们。
你看,这电阻应变式传感器是不是特别神奇又有趣呢?它虽然原理听起来有点复杂,但是只要你想象成是一群小电子在金属大道上的旅行受到了干扰,就很好理解啦。
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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电阻应变式传感器的原理电阻应变式传感器是一种常用的力量和力测量传感器,工作原理是基于材料的电阻变化与应变的线性关系。
当外力作用于电阻应变式传感器时,材料会发生应变,导致电阻值的变化。
通过测量电阻的变化量,可以间接获得外力的大小。
电阻应变式传感器通常由弹性体材料制成,如金属。
它的结构包括一个弹性体材料的梁或片状结构,上面固定有电阻应变片。
在正常情况下,电阻应变片是静止的,电阻值保持不变。
当外力作用于弹性体材料时,它会发生形变,导致电阻应变片的尺寸和形状发生变化,从而改变了电阻值。
电阻应变式传感器的电阻变化原理是基于电阻材料的几何形状改变和电阻率的变化。
当外力作用于电阻应变片时,它的长度、宽度和厚度等尺寸会发生微小的变化,导致电阻值的变化。
这是因为电阻应变片作为一个弹性体,其几何形状和尺寸改变会导致电阻率的变化。
电阻率是电阻与材料的几何形状和材料特性有关,当这些参数发生变化时,电阻率也会发生变化。
在电阻应变式传感器中,电阻率的变化主要是由于应变引起的。
应变是弹性体材料在受力下发生的形变。
它可以是拉伸应变、压缩应变或剪切应变。
不同的应变类型对应不同的电阻变化。
例如,当传感器受到拉伸应变时,电阻应变片的长度会增加,宽度和厚度会减小,导致电阻值的增加。
相反,当传感器受到压缩应变时,电阻应变片的长度会减小,宽度和厚度会增加,导致电阻值的减小。
为了测量电阻的变化,电阻应变式传感器通常采用电桥电路。
当传感器的电阻值发生变化时,电桥电路会产生电压输出。
这个输出信号可以被放大和处理,最终转换为可用的电信号,如电压或电流。
通过测量输出信号的大小,可以获取外力的大小,从而实现对力量和力的测量。
电阻应变式传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高等优点,广泛应用于工业自动化、结构健康监测、航空航天等领域。
在实际应用中,需要根据具体的测量要求选择合适的电阻应变式传感器,包括合适的材料、结构和测量范围等。
此外,还需要考虑温度对电阻值的影响,以及传感器的防护和保护措施,以确保测量的准确性和可靠性。
1.一丝绕应变计的灵敏系数为2,初始阻值100Ω,试求当试件受力后的应变为1.8⨯103
时该应变计的电阻变化ΔR。
2.一试件受力后的应变为2⨯10-3;丝绕应变计的灵敏系数为2,初始阻值120Ω,温度
C0/,线膨胀系数为14⨯10-6C0/;试件的线膨胀系数为12⨯10-6C0/。
试系数-50⨯10-6
求:温度升高20℃时,应变计输出的相对误差和相对热输出。
3.在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2。
若应变片的灵敏系数
k=2,电源电压U=2V,当悬臂梁顶端受到向下的力F时,电阻R1和R2的变化值ΔR1=ΔR2 =0.48Ω,试求电桥的输出电压。
4.图为一直流应变电桥,图中U=4V,R1=R2=R3=R4=120Ω,试求:
①R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出电压U O。
② R1、R2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,
电桥输出电压U O。
③题②中,如果R2与R1的感受应变的极性相反且ΔR1=ΔR2=1.2Ω,电桥输出电压U O。
5.图3-6为等强度梁测力系统,R1为电阻应变片,应变片灵敏
度系数K=2.05,未受应变时,R1=120Ω,当试件受力F时,
应变片承受平均应变ε=800μm/m,试求:
①应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量ΔR1/R
②将电阻应变片R1置于单臂测量电桥,电桥电流电压为直流3V,求电桥输出电压及
电桥非线性误差。
③若要减小非线性误差,应采取何种措施?分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。
6.利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。
试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组成
差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连接方法和相应的输出电压大小做出说明, 并说明其差动和温度补偿的原理。
7.一个初始阻值为120Ω的应变片,灵敏度为K=2.0,如果将该应变片用
总阻值为12Ω的导线连接到测量系统,求此时应变片的灵敏度K’。
8.采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其粘贴在如图所示的实心圆柱形测力
弹性元件上。
已知力F=10kN,圆柱横截面半径r=1cm,材料的弹性模量2 10-7
N/cm2,泊松比μ=0.3。
(1)画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图。
(2)求各应变片得应变及电阻相对变化量。
(3)若电桥供电电压U=6V,求桥路输出电压U o。
(4)此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响,说明理由。