电阻式传感器原理与应用

电阻式传感器原理与应用，包含电阻应变片的工作原理、 电阻应变片的特性、电阻应变片的测量电路、 电阻应变片传感器的应用等。

电阻式传感器原理与应用

• 2.1 电阻应变式传感器
  • 2.1.1 电阻应变片的工作原理（p33-p35）
    • 1、金属的电阻应变效应
      • 电阻表达式
      • 电阻的相对变化量
      • 灵敏系数
      • 电阻相对变化量
    • 2、电阻应变片
      • 对于电阻应变片，金属材料的电阻率随应变产生的变化很小，所以可得：
  • 2.1.2 电阻应变片的特性（p35-p38）
    • 市售的金属应变片的电阻已趋于标准化，主要规格有60、120、350、600和1000欧姆等，其中120欧姆的用的最多。
      • 1、电阻应变片的灵敏系数
        • ，，其中K称为电阻应变片的灵敏度系数。
        • 电阻应变片的灵敏度系数K小于金属单丝的灵敏度系数K。（原因）
          • 粘结层传递变形失真
          • 还存在横向效应
      • 2、横向效应
        • 原因：应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个应变片的灵敏度。
        • 解决：横向效应给测量带来了误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵向丝栅越窄、越长，而横栅越宽、越短，则横向效应的影响越小。
      • 3、温度误差及其补偿
        • （1）温度误差
          • 敏感栅的金属丝阻止随温度变化的关系可由下式表示：当温度变化时，金属丝阻止变化：（虚假输出）
          • 当试件与金属丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，金属丝会产生附加变形，从而产生附加电阻：（ 。）
          • 总附虚假误差：
        • （2）温度补偿方法
          • 电桥补偿法
            • 当被测试件不承受应变时，在同一温度调整电桥达到平衡：=0
          • 应变片补偿法
            • 选择式自补偿应变片：
            • 双金属敏感栅自补偿应变片：
            • 热敏电阻补偿法
  • 2.1.3 电阻应变片的测量电路（p38-p40）
    • 1、电路电桥的工作原理
      • • 输出电压:
        • 当
    • 2、非线性误差及其补偿
      • 单桥臂理想的线性关系：
      • 非线性误差：
      • 单臂
      • 半桥差动电路输出电压：
      • 半桥电路图
      • 全桥差动电路输出电压：
      • 全桥电路图
      • 半桥电路不仅能消除非线性误差，而且还使带电桥的输出灵敏度比单臂工作效率提高了一倍，同时还能起温度补偿作用。 全桥电路不仅能消除非线性误差，而且还使带电桥的输出灵敏度比单臂工作效率高四倍，同时还能起温度补偿作用。
  • 2.1.4 电阻应变片传感器的应用（p40-P48）
    • 1、应变式力传感器
      • （1）柱式力传感器（p40-41）：其中E为弹性元件的弹性模量
      • （2）梁式力传感器（p41-42）：
      • （3）薄壁圆环式力传感器（p42）
      • （4）机器人腕力传感器（p42-43）
    • 2、应变式压力传感器
      • （1）膜片式压力传感器（p43-p44）
      • （2）筒式压力传感器（p44）
      • （3）组合式压力传感器（p44-45)
    • 3、应变式容器内液体重量传感器（p45-46）输出电压：；。由这两公式得出输出电压为：
    • 4、应变式加速传感器（p46）
    • 5、应变式扭矩传感器（p46-48）
    • 6、应变式张力传感器（p48）