電阻應變式稱重傳感器的工作原理也是基于應變效應,在外力作用下,粘貼于彈性體表面的應變片,與彈性體一起產(chǎn)生形變,應變片產(chǎn)生形變后,他們阻值會發(fā)生變化,測量電路將阻值的變化轉(zhuǎn)化成電信號輸出,因此間接得測量出外力。從以上幾點可以看出,電阻應變式稱重傳感器主要就是由彈性體、應變片跟測量電路三部分組成。下面分別介紹一下傳感器上這幾個部分作用。
一、彈性體
彈性體是外力的作用區(qū),在外力作用于彈性體上面,它會產(chǎn)生形變以及反作用力以達到平衡。彈性體的形狀是多樣的,有S形、輪輻形、柱形、膜盒形等等。彈性體產(chǎn)生形變后,它會產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應變場,粘貼于上面的應變片發(fā)生形變,完成力信號轉(zhuǎn)化成電信號。
二、應變片
應變片的好壞在于它的靈敏度系數(shù)K。我們知道電阻的計算公式為:
R = ρL/S(Ω)
ρ、L、S分別為應變片的電阻率、長度和橫截面積。
在有外力作用時,應變片產(chǎn)生形變,設(shè)長度變化ΔL,橫截面積變化ΔS,截面圓半徑變化Δr,電阻率變化Δρ,對上式進行全微分。
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2。
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S
引入電阻橫截面積S = πr2,有Δs = 2πr*Δr
ΔS/S = 2Δr/r
從材料力學我們知道
Δr/r = -μΔL/L
μ表示這種材料的泊松系數(shù)。
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L
設(shè)1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L)=K,ΔL/L稱為材料的應變,記作ε,則有:
ΔR/R = Kε
靈敏度K只是與材料有關(guān),它和應變片的形狀、尺寸大小沒有關(guān)系,它的大小一般在1.7—3.6之間。
三、檢測電路
檢測電路就是把應變片電阻的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化或者是電壓的變化來輸出。檢測電路可以用惠斯登電橋來實現(xiàn),它的優(yōu)點就在于可以減小溫度變化的影響以及側(cè)向力干擾,也可以實現(xiàn)稱重傳感器的補償問題,所以應用特別多。
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