组合式压力传感器：应变式工作原理与金属应变片详解

组合式压力传感器是一种利用应变效应测量压力的传感器，它不直接将应变片粘贴在压力感受元件上，而是采用膜片、膜盒、波纹管或弹簧管等作为压力敏感元件。这种设计适用于测量较小的压力范围，但因其固有频率较低，可能不太适合于测量快速变化的瞬态过程。 应变式传感器是组合式压力传感器的核心部分，其工作原理基于金属的电阻应变效应。当金属丝在外部力的作用下发生形变时，其电阻值会发生变化，这可以通过公式 A_lR = FΔl + ΔA + ΔρΔR 来描述。其中，A是截面积，l是长度，R是电阻，F是作用力，Δl、ΔA和Δρ分别表示长度、面积和电阻率的变化。金属电阻的灵敏系数 k，即电阻对应变的响应，取决于材料的弹性模量E、泊松比μ、压阻系数λ以及应力σ。 应变片是应变式传感器的关键组件，包括敏感栅（如直径约0.025mm的合金电阻丝）、基底绝缘、覆盖层保护和引出线。敏感栅可以是金属丝式、金属箔式或金属薄膜式，每种类型的应变片具有不同的结构特点。金属丝式应变片是最常见的，其基本结构包括基片、电阻丝、覆盖层和引出线。虽然金属丝式应变片的电阻率随应变变化不大，但通过适当的电路设计，如串联或并联方式，可以提高灵敏度。 应变片的工作原理是基于弹性敏感元件，当被测对象表面受到外力作用产生微小机械变形时，应变片会随之变形，导致其电阻值发生变化。这种变化可以用来测量位移、力、力矩、加速度和压力等参数。 组合式压力传感器利用应变片的电阻变化来感知压力，并通过精密的测量电路将这些变化转化为电信号。尽管它们在静态测量中表现出色，但在动态或高频率环境下可能不如其他类型的压力传感器高效。选择合适的应变片类型和结构，以及优化测量电路，是确保传感器性能的关键。