力學(xué)傳感器種類及壓阻式力傳感器簡介
發(fā)布時(shí)間:2019-02-20 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】力學(xué)傳感器是將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件,力學(xué)量可分為幾何學(xué)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)量及力學(xué)量三部分,其中幾何學(xué)量指的是位移、形變、尺寸等,運(yùn)動(dòng)學(xué)量是指幾何學(xué)量的時(shí)間函數(shù),如速度、加速度等。力學(xué)量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應(yīng)力等。根據(jù)被測力學(xué)的不同,這里我們首先要介紹的是應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變式壓力傳感器。
力學(xué)傳感器的種類繁多,如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力、傳感器,它具有極低價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。
在了解壓阻式力傳感器時(shí),我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。
金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變,使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變,從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。
這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小,一股這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋,并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。
根據(jù)不同的用途,電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì),但電阻的取值范圍應(yīng)注意:阻值太小,所需的驅(qū)動(dòng)電流太大,同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過髙,不同的環(huán)境中使用,使應(yīng)變片的阻值變化太大,輸出零點(diǎn)漂移明顯,調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大,阻抗太高,抗外界的電磁干擾能力較差。
—般均為幾十歐至幾十千歐左右。電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值R可用下式表示:
式中:p——金屬導(dǎo)體的電阻率(Ocm2/m)A——導(dǎo)體的截面積(cm2)L——導(dǎo)體的長度(m)我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例,當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí),其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化,從上式中可很容易看出,其電阻值即會(huì)發(fā)生改變,假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí),其長度增加,而截面積減少,電阻值便會(huì)增大。
當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí),長度減小而截面增加,電阻值則會(huì)減小。只要測出加在電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓),即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。壓電式力傳感器是利用石英晶體的縱向壓電效應(yīng),將力轉(zhuǎn)換成電荷的變換裝置。傳感器產(chǎn)生的電荷正比于被測外力,通過電荷放大器將電荷按比例轉(zhuǎn)換成電壓,用電壓表或其他顯示器讀出其大小及變化。
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