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應(yīng)變片式傳感器的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用

時(shí)間:2021-01-14 點(diǎn)擊次數(shù):

機(jī)械傳感器有很多種,如電阻應(yīng)變片壓力傳感器,半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器,壓阻壓力傳感器,電感式壓力傳感器,電容式壓力傳感器,共振式壓力傳感器和電容式加速度傳感器。但是,應(yīng)用最廣泛的卻是壓阻式壓力傳感器,它具有極低的成本、高精度和良好的線性。

對(duì)于壓阻式力敏傳感器,我們首先要了解電阻應(yīng)變片這類元件。電阻性應(yīng)變片是把被測部件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的敏感器件。該傳感器是壓阻式應(yīng)變傳感器的重要組成部分。電阻式應(yīng)變片主要有兩種類型:金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。電阻式應(yīng)變片有絲狀應(yīng)變片和箔狀應(yīng)變片兩種。一般情況下,通過特殊粘合劑將應(yīng)變片緊密粘結(jié)在形成機(jī)械應(yīng)變的基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生變形,使應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化,從而引起電阻電壓的變化。一般情況下,應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化較小,一般情況下,應(yīng)變片由應(yīng)變電橋組成,并通過隨后的儀表放大器進(jìn)行放大,再傳送到顯示或執(zhí)行器,通常為A/D轉(zhuǎn)換和CPU。

其內(nèi)在結(jié)構(gòu):

包括基材、應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片及引出線等部分。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)不同用途,設(shè)計(jì)出電阻應(yīng)變片的阻值,但應(yīng)注意電阻的取值范圍:阻值過小,所需的驅(qū)動(dòng)電流過大,同時(shí)應(yīng)變片發(fā)熱導(dǎo)致自身溫度過高,在不同的環(huán)境下使用,使應(yīng)變片的阻值變化過大,輸出零點(diǎn)漂移明顯,調(diào)零電路過于復(fù)雜。而且,電阻過大,阻抗過高,不能抵抗外界的電磁干擾。通常都是幾十歐到十幾歐左右。電阻型應(yīng)變片工作原理:

其工作原理是金屬電阻應(yīng)變片吸附于基體材料上,隨著機(jī)械變形,其應(yīng)變電阻發(fā)生變化,通常稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)??梢允褂孟率奖硎窘饘賹?dǎo)體的電阻值:

α-金屬導(dǎo)體電阻率(Ω·cm2/m)

S-導(dǎo)線截面積(cm2)

L-導(dǎo)線長度(m)

就拿線材的應(yīng)變電阻來說,線材在外力的作用下,其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化,從上面的公式可以看出,線材的電阻即會(huì)發(fā)生變化,如果線材在外力的作用下被伸長,則線材的長度增加,截面積減小,電阻值就會(huì)增加。線材在外力的作用下受壓時(shí),線材的長度減少,而截面增大,電阻值也隨之減少。只需測到電阻加成的變化(通常是測到電阻兩端的電壓),就可以得到應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。

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