电阻应变传感器原理与应用:非平衡电桥和压阻式传感器

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"该资源是关于《非平衡电桥的输出电压-自动检测技术及应用(第2版)》的课件,重点关注第二章第一节电阻传感器的内容,包括应变效应、电阻应变片、非平衡电桥的工作原理、压阻传感器以及相关应用,如荷重传感器、扭矩传感器等。" 在电阻传感器领域,非平衡电桥是一种关键的测量转换电路,尤其在应变片应用中。非平衡电桥的工作原理是当四个桥臂的电阻不完全相等时,如果相邻电阻的电阻值变化趋势相反,电桥就会产生输出电压。这种电压输出可以反映出被测量物理量的变化,例如力、压力或扭矩等。 应变效应是指当导体或半导体受到外力作用发生形变时,其电阻值也会相应改变的现象。例如,金属丝在拉伸时,长度增加、截面积减小,导致电阻增大。这一原理在电阻应变片中得到应用,应变片通常由电阻丝、弹性元件和测量转换电桥电路组成。应变片的种类包括金属应变片和半导体应变片,其中金属应变片主要用于测量静态应变,而半导体应变片(压阻传感器)则因其压阻系数较大,对压力变化更敏感,但可能具有更高的非线性和温度漂移。 非平衡电桥在应变测量中的一个重要特性是调零和温度补偿。调零是在没有外力作用时,通过调整电桥的一个或多个桥臂的电阻,使电桥输出为零。温度补偿则是为了抵消环境温度变化对电阻值的影响,确保测量结果的准确性。例如,可以通过连接热敏电阻来实现温度补偿。 在实际应用中,电阻应变传感器广泛用于荷重传感器(如电子秤)、扭矩传感器、压阻式固态压力传感器(例如用于测量液体压力或气体压力)等。荷重传感器利用应变片感受物体重量产生的应变,从而转化为电信号;扭矩传感器则通过测量扭力引起的应变来确定扭矩大小;压阻式固态压力传感器基于半导体材料的压阻效应,能够直接将压力转换为电阻变化,进而获取压力值。 总结来说,该课件深入介绍了电阻传感器的核心概念和技术,包括应变效应、应变片的工作原理、非平衡电桥的输出电压及其应用,对于理解和设计各种基于电阻变化的传感器具有重要价值。通过学习这些内容,可以掌握如何利用电阻传感器精确测量物理量,并解决实际工程问题。