电阻传感器原理：非平衡电桥与应变效应

"非平衡电桥的结构-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第二章，第1节电阻传感器）" 在自动检测技术领域，电阻传感器是广泛应用的一种基础元件，尤其是在力学量的测量中。本章节主要探讨的是非平衡电桥的结构及其在电阻应变传感器中的应用。非平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成，形成一个四边形回路，电桥的平衡状态取决于各个桥臂电阻的比例。当电桥平衡时，即b、d两点对负极a的电压相等，此时输出电压Uo为零；若不平衡，即b、d两点电压不等，Uo则作为输出信号。 非平衡电桥是电阻应变传感器的核心部分，它能将物理量如力、压力等转换为电信号。其中，应变片是关键组件，由电阻应变片、弹性元件和测量转换电桥电路组成。应变片利用材料的应变效应，当材料受到外力作用发生形变时，其电阻值会发生相应的变化。例如，金属丝受拉时，长度增加、截面积减小，导致电阻增大；半导体材料则由于压阻效应，电阻值会随着应力的改变而变化。 应变片的工作原理基于电阻率的变化，当外力作用于金属丝或半导体材料时，其几何尺寸发生变化，进而影响电阻率。对于金属丝，拉伸会导致电阻增大；而对于半导体，压阻系数的不同可能导致电阻的增加或减少，具体取决于材料的导电类型。 在实际应用中，为了获取准确的测量结果，非平衡电桥需要进行调零处理，以消除环境因素（如温度变化）对测量的影响。此外，温度补偿也是必要的，通常通过附加的温度敏感元件或采用特定的材料来实现。非平衡电桥的应用广泛，涵盖了荷重传感器、扭矩传感器、压阻式固态压力传感器等。例如，荷重传感器常用于称重设备，如汽车衡；压阻式固态压力传感器则用于测量各种压力，如液体压力或气体压力；而扭矩传感器则用于监测旋转机械的扭力。 总结来说，非平衡电桥作为一种重要的测量电路，通过应变片将机械量转换为电信号，是电阻传感器的基础。理解电桥的工作原理和应变片的特性，对于设计和使用这类传感器至关重要。通过精确的测量和适当的补偿技术，非平衡电桥能够提供稳定可靠的测量数据，服务于多个工程和科研领域。