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电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器原理

时间:2015-12-22 13:55 来源: 作者:广州南创 点击:

  电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件o⊙⊙ω⊙ ▼,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形o⊙⊙ω⊙ ▼,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形o⊙⊙ω⊙ ▼,电阻应变片变形后o⊙⊙ω⊙ ▼,它的阻值将发生变化(增大或减小)o⊙⊙ω⊙ ▼,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)o⊙⊙ω⊙ ▼,从而完成了将外力变换为电信号的过程?!-!﹏▊。   
    由此可见o⊙⊙ω⊙ ▼,电阻应变片⊙ω⊙、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分?!-!﹏▊。下面就这三方面简要论述?!-!﹏▊。
    一⊙ω⊙、电阻应变片   
    电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上o⊙⊙ω⊙ ▼,即成为一片应变片?!-!﹏▊。他的一个重    要参数是灵敏系数K?!-!﹏▊。我们来介绍一下它的意义?!-!﹏▊。   
    设有一个金属电阻丝o⊙⊙ω⊙ ▼,其长度为Lo⊙⊙ω⊙ ▼,横截面是半径为r的圆形o⊙⊙ω⊙ ▼,其面积记作So⊙⊙ω⊙ ▼,其电阻率记作ρo⊙⊙ω⊙ ▼,这种材料的泊松系数是μ?!-!﹏▊。当这根电阻丝未受外力作用时o⊙⊙ω⊙ ▼,它的电阻值为R:R = ρL/S(Ω(2—1)    
当他的两端受F力作用时o⊙⊙ω⊙ ▼,将会伸长o⊙⊙ω⊙ ▼,也就是说产生变形?!-!﹏▊。设其伸长ΔLo⊙⊙ω⊙ ▼,其横截面积则缩小o⊙⊙ω⊙ ▼,即它的截面圆半径减少Δr?!-!﹏▊。此外o⊙⊙ω⊙ ▼,还可用实验证明o⊙⊙ω⊙ ▼,此金属电阻丝在变形后o⊙⊙ω⊙ ▼,电阻率也会有所改变o⊙⊙ω⊙ ▼,记作Δρ?!-!﹏▊。     
对式(2--1)求全微分o⊙⊙ω⊙ ▼,即求出电阻丝伸长后o⊙⊙ω⊙ ▼,他的电阻值改变了多少?!-!﹏▊。
    我们有:ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2)
    用式(2--1)去除式(2--2)得到
    ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S (2—3)   
    另外o⊙⊙ω⊙ ▼,我们知道导线的横截面积S = πr2o⊙⊙ω⊙ ▼,则 Δs = 2πr*Δro⊙⊙ω⊙ ▼,
    所以ΔS/S = 2Δr/r (2—4)   
    从材料力学我们知道Δr/r = -μΔL/L (2—5)其中o⊙⊙ω⊙ ▼,负号表示伸长时o⊙⊙ω⊙ ▼,半径方向是缩小的?!-!﹏▊。μ是表示材料横向效应泊松系数?!-!﹏▊。把式(2—4)(2—5)代入(2--3)o⊙⊙ω⊙ ▼,
    有ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6)   
    其中K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L)(2--7)式(2--6))说明了电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间的关系?!-!﹏▊。    
需要说明的是:灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数o⊙⊙ω⊙ ▼,它和应变片的形状⊙ω⊙、尺寸大小无关o⊙⊙ω⊙ ▼,不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间;其次K值是一个无因次量o⊙⊙ω⊙ ▼,即它没有量纲?!-!﹏▊。   
在材料力学中ΔL/L称作为应变o⊙⊙ω⊙ ▼,记作εo⊙⊙ω⊙ ▼,用它来表示弹性往往显得太大o⊙⊙ω⊙ ▼,很不方便   常常把它的百万分之一作为单位o⊙⊙ω⊙ ▼,记作με?!-!﹏▊。这样o⊙⊙ω⊙ ▼,式(2--6)常写作:ΔR/R = Kε (2—8)

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