应变式传感器工作原理与应用-薄壁圆环力传感器解析

"该资料是关于应变式传感器的PPT，主要讲解了薄壁圆环式力传感器，其中重点介绍了应变式传感器的工作原理、金属应变片的主要特性、测量电路以及应用。" 应变式传感器是利用金属材料在受力作用下电阻值发生变化的物理现象（电阻应变效应）来测量力、位移等物理量的一种装置。这种效应表明，当金属丝受到外力导致机械变形时，其电阻值会相应改变。电阻的灵敏系数（k）与金属材料的泊松比（μ）、压阻系数（λ）以及弹性模量（E）等因素有关。在大多数金属中，k0≈1+2μ，这个值通常在1.7到3.6之间。 2.1.1 工作原理： 应变式传感器的核心是金属应变片，它由敏感栅（如合金电阻丝）构成，这些电阻丝通常直径非常小，约0.025mm。当应变片被安装在被测对象上，如在薄壁圆环式力传感器中，外力作用会使被测对象产生微小的机械变形，进而引起应变片敏感栅的变形。由于电阻丝的几何尺寸变化，其电阻值也会随之改变，这种变化可以通过测量电路进行检测。 应变片的类型主要包括金属丝式、金属箔式和金属薄膜式。金属丝式应变片是最基础的形式，由基片、电阻丝、覆盖层和引出线组成。电阻丝在基片上，受到外力时会发生形变，从而改变其电阻值。而金属箔式和金属薄膜式的应变片则具有更高的精度和更优良的稳定性。 2.1.2 金属应变片的主要特性： 金属应变片的特性包括高灵敏度、良好的线性关系、稳定性好以及容易制作成各种形状以适应不同测量需求。其电阻值的变化主要由两个因素引起：一是材料的几何尺寸变化，二是材料的电阻率随应变而产生的变化（压阻效应）。在金属材料中，几何尺寸变化通常是主导因素。 2.1.3 测量电路： 测量应变片电阻值变化的电路通常采用桥式电路，如惠斯通电桥，能够有效地补偿环境温度变化对电阻的影响，提高测量的准确性和稳定性。 2.1.4 应变式传感器应用： 应变式传感器广泛应用于各种力的测量，例如在工程结构监测、汽车工业、生物医学、航空航天等领域。它们可以用来测量位移、力、力矩、加速度、压力等参数，是现代工业和科研中不可或缺的测量工具。 薄壁圆环式力传感器是一种特殊类型的应变式传感器，其设计特点是薄壁结构使得在外力作用下，各点的应力分布差异较大，这使得传感器能对力的变化更加敏感，适合于精确测量小至大范围内的力值。 总结来说，应变式传感器是基于金属材料的电阻应变效应，通过测量电阻变化来确定外力的大小。其工作原理、材料特性、测量电路以及广泛应用充分体现了这一技术在现代科技中的重要地位。薄壁圆环式力传感器作为其一例，展现了在特定应用场景下的优势。