應(yīng)變式電阻傳感器原理和測(cè)量電路詳析資料下載

應(yīng)變式電阻傳感器是借助于彈性元件，將力的變化轉(zhuǎn)化為變形，然后利用導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，將力轉(zhuǎn)化變成電阻的變化，最終利用測(cè)量電路得到被測(cè)量（力）的電信號(hào)。應(yīng)變式電阻傳感器主要包括彈性元件，電阻應(yīng)變片及測(cè)量電路。 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及工作原理說(shuō)明：（1）結(jié)構(gòu) 電阻應(yīng)變式片的結(jié)構(gòu)圖 合金電阻絲以曲折性（柵形）粘接劑粘貼在絕緣基片上，兩端通過(guò)引線出，絲柵上面再粘貼一層絕緣保護(hù)膜。把應(yīng)變片貼于被測(cè)變形物體上，敏感柵隨被測(cè)物體表面的變形而使電阻值改變，只要測(cè)出電阻的變化就可得知變形量的大小。電阻應(yīng)變片主要恩威金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，常見(jiàn)的金屬應(yīng)變片有絲式，箔式和薄膜式三種（如圖），半導(dǎo)體應(yīng)變片是在硅上利用擴(kuò)散技術(shù)形成電阻。 1.電阻絲；2.金屬箔；3.半導(dǎo)體；4.基片 2.應(yīng)變效應(yīng) 導(dǎo)體貨半導(dǎo)體收外力作用變形時(shí)，其電阻值也將隨之變化，這種現(xiàn)象被稱為：應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一金屬導(dǎo)體，長(zhǎng)度為I，界面劑為S，電阻率為P，則該導(dǎo)體的電阻R為： 如上圖所示，當(dāng)金屬導(dǎo)體收到拉力作用時(shí)，長(zhǎng)度Δ1,截面積將縮小ΔS，從而導(dǎo)致電阻增加ΔR，這樣，導(dǎo)體的電阻變?yōu)镽+ΔR。通過(guò)推導(dǎo)，可以得出導(dǎo)體電阻的相對(duì)變化量為： 由上圖式中可以得出，Σ=ΔI/I成為縱向應(yīng)變式；K為金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度。下圖為金屬絲的應(yīng)變效應(yīng) 金屬應(yīng)變片的靈敏度主要與導(dǎo)體的幾何尺寸有關(guān)。近似等于2，如果沒(méi)有特別說(shuō)明。一般K=2。但道題應(yīng)變片的靈敏度主要與半導(dǎo)體材料有關(guān)，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的靈敏度。（2）測(cè)量電路 為了檢測(cè)應(yīng)變片電阻的微小變化，需通過(guò)測(cè)量電路把電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓和電流后由儀表讀出。在應(yīng)變式傳感器中最常用的轉(zhuǎn)換電路是橋式電路。按輸入電源性質(zhì)的不同，橋式電路可分為交流電橋和直流電橋兩類(lèi)。在大多數(shù)情況下，采用的是直流電橋電路。下面以直流電橋?yàn)槔臃治鏊墓ぷ髟砗吞匦浴?直流電橋的基本電路示意圖 在未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)閛，此時(shí)橋路輸出電壓Uo也為0，即橋路平衡，由橋路平衡的條件可知，應(yīng)使4個(gè)橋臂的初始電阻R1，R2，R3和R4滿足R1R3=R2R4,或是R1/R2=R4/R3，通常取R1=R2=R3=R4即全等臂形式。 橋路工作時(shí)輸入電壓Ui保持恒定不變，當(dāng)4個(gè)橋臂電阻的變化值Δ遠(yuǎn)小于初始電阻。且電橋負(fù)載電阻為無(wú)窮大時(shí)，電橋的輸出電壓Uo可以近似用下式表示： 由于R1=R2=R3=R4，所以根據(jù)以上的根式可以變?yōu)椋?根據(jù)圖上可知，ΔR/R=KΣx，其中KI為電阻應(yīng)變片的靈敏度；ΣX為軸向應(yīng)變。則式中可以寫(xiě)成： 根據(jù)應(yīng)用要求的不同，可接入不同數(shù)目的都電阻應(yīng)變片，一般分為下面幾種形式的電橋： 1.雙臂半橋形式 2.單臂半橋形式 3.全橋形式 以上三種電橋形式中，全橋形式的靈敏度最高，也是最常用的一種形式。(mbbeetchina)