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传感器知识

    电阻应变式称重传感器的工作原理是基于应变效应,在外力作用下,粘贴于弹性体表面的应变片,跟弹性体一起产生形变,应变片产生形变后,其阻值会发生变化,测量电路将阻值的变化转化成电信号输出,从而间接得测量出外力。从以上可以看出,电阻应变式称重传感器主要由弹性体、应变片跟测量电路三部分组成。下面分别介绍一下传感器上这几个部分作用。

一、弹性体
    弹性体是外力的作用区,当外力作用于弹性体上面,它会产生形变和反作用力以达到平衡。弹性体的形状是多样的,有S形、轮辐形、柱形、膜盒形等等。弹性体产生形变后,它会产生一个高品质的应变场,粘贴于上面的应变片发生形变,完成力信号转化成电信号。

二、应变片

    应变片的好坏在于它的灵敏度系数K。我们知道电阻的计算公式为:

    R = ρL/S(Ω)

    ρ、L、S分别为应变片的电阻率、长度和横截面积。

    当有外力作用时,应变片产生形变,设长度变化ΔL,横截面积变化ΔS,截面圆半径变化Δr,电阻率变化Δρ,对上式进行全微分,则有

    ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2

    ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S

    引入电阻横截面积S = πr2,有Δs = 2πr*Δr

    ΔS/S = 2Δr/r

    从材料力学我们知道
    Δr/r = -μΔL/L

    μ表示这种材料的泊松系数。

    ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
    =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L

    设1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L)=K,ΔL/L称为材料的应变,记作ε,则有:

    ΔR/R = Kε

    灵敏度K只跟材料有关,它和应变片的形状、尺寸大小无关,它的大小一般在1.7—3.6之间。

三、检测电路
    检测电路是把应变片电阻的变化转化成电流的变化或电压的变化来输出。检测电路可以用惠斯登电桥来实现,它的优点在于可以减小温度变化的影响和侧向力干扰,亦可以实现称重传感器的补偿问题,所以应用特别多。

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