电阻传感器与非平衡电桥测量技术

"非平衡电桥属于微差法测量，常用于电阻传感器的信号转换，尤其是在测量微小电阻变化的场合。电桥可以将被测电阻的本底去除，转换成毫伏级的电压输出，便于后续放大和数字化处理。在非平衡电阻电桥中，电阻传感器可以替换桥臂电阻，当传感器阻值变化时，电桥失衡，通过电桥输出的电压变化，可以计算出被测物理量。" 非平衡电桥是电阻传感器测量技术中的一个重要概念，它利用了电阻值变化引起电桥电压输出变化的原理。在实际应用中，直接测量微小电阻变化的精度较低，因为基础电阻值通常在几百欧姆，而变化可能只有零点几欧姆。非平衡电桥解决了这一问题，它可以将被测电阻的微小变化转换成电压信号，该信号经过电桥放大电路放大后，可以达到几伏特，方便后续的A/D转换和数据处理。 在非平衡电桥中，电阻传感器可以替代电桥的某个桥臂或多个桥臂的电阻。当外力作用使传感器阻值改变时，电桥失去平衡，产生的输出电压与电阻变化量成正比，通过计算机可以准确地计算出所受的力或其他物理参数。 应变效应是指材料在外力作用下发生机械变形时，其电阻值也会随之变化的现象。电阻应变片是利用应变效应工作的传感器核心部分，通常由电阻丝、弹性元件和测量转换电桥电路组成。应变片的结构包括引出线、覆盖层、基底和电阻丝。在拉伸或压缩作用下，金属丝的长度和电阻率都会发生变化，导致电阻值的增减。 应变片的工作原理是，当金属丝受到拉力，其长度增加，直径减小，使得电阻增大。对于半导体材料，如硅，其压阻效应更为显著，电阻率会随着应力的变化而显著改变，这使得半导体应变片在某些应用中具有更高的灵敏度，但同时也可能存在非线性效应和温度漂移。 应变片的测量转换电路通常采用非平衡电桥，通过调整桥臂电阻实现调零，并可以通过温度补偿电路抵消环境温度变化对测量结果的影响。应用实例包括荷重传感器（如电子秤）、扭矩传感器、压阻式固态压力传感器等，这些传感器广泛应用于工业自动化、汽车工程、医疗设备等多个领域。 总结来说，非平衡电桥是电阻传感器的关键技术，它通过转换电阻变化来测量力、压力等物理量，而应变片作为核心组件，利用应变效应实现对机械变形的敏感响应。这种测量方法在现代工程和科学研究中具有重要价值，能实现高精度和高灵敏度的测量。