电阻式传感器:应变式传感器的工作原理与应用
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更新于2024-08-23
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"上式表明-应变式传感器"
应变式传感器是电阻式传感器的一种,主要利用电阻应变片将物体的形变转化为电阻值的变化,进而通过测量电路转化为电量输出,以检测力、压力、位移等非电量参数。在描述中提到了几个关键点:
1. 当ΔRi(电阻变化量)远小于原始电阻R时,电桥的输出电压与应变呈线性关系。这意味着传感器的输出与被测量的物理量变化成正比,便于进行线性分析和数据处理。
2. 应变片的极性决定了电桥输出电压的计算方式。如果相邻桥臂的应变极性相同,输出电压为两者之差;若极性不同,则为两者之和。相对两桥臂的情况也类似,应变极性一致时输出为两者之和,反之为两者之差。这关系到传感器对正负应变的响应特性。
3. 电桥供电电压U的高低直接影响输出电压U0。电压越高,输出越大,但同时会增加电阻应变片中的电流,如果超过允许的最大工作电流,可能导致传感器出现蠕变(长期稳定性下降)和零漂(零点输出不稳)。
4. 提高电阻应变片的灵敏系数K能增强电桥的输出电压,使得对微小应变更敏感,从而提高测量精度。灵敏系数是衡量应变片性能的重要指标。
在实际应用中,电阻式传感器,尤其是应变式传感器,因其结构简单、体积小巧、使用便捷、性能稳定以及高灵敏度和快速动态响应等特点,被广泛应用于多个领域。例如,它们可以用来测量力、压力、位移、应变、加速度以及温度等参数。其中,金属应变片是应变式传感器的核心组成部分,其工作原理基于金属材料的电阻应变效应,即材料在受到外力作用产生形变时,电阻值会发生相应变化。
应变和应力是理解应变式传感器工作原理的关键概念。应变是指物体在外力作用下发生的几何形状或尺寸变化,而应力则是材料内部抵抗外力的反作用力,以单位面积上的力表示。应力通常分为正应力(与应变方向平行)和切应力(与应变方向垂直),这两种应力在材料内部共同作用,影响着物体的形变行为。
应变式传感器通过应变片将物理量的改变转化为电信号,而这一过程涉及到了材料的物理性质、电桥电路的特性以及测量电路的设计等多个方面,使得这类传感器在工程和科研领域有着广泛的应用。
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