應(yīng)變式測(cè)力傳感器的輸出電阻變化范圍與其工作原理、電橋配置及設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)。以下是詳細(xì)分析:
1. 基本原理、
變式測(cè)力傳感器通過(guò)彈性體形變引起應(yīng)變片電阻變化,通常采用惠斯通電橋(全橋或半橋)將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。輸出電阻的變化范圍取決于:
應(yīng)變片靈敏度(Gauge Factor, GF):典型值約2.0。
彈性體最大應(yīng)變量(ε):通常在 1000–3000微應(yīng)變(με) 范圍內(nèi)。
電橋配置:全橋(4片應(yīng)變片)或半橋(2片應(yīng)變片)。
2. 電阻變化公式
單應(yīng)變片的電阻變化量:ΔR=R0?⋅GF⋅ε
ΔR=350Ω×2×0.002=1.4Ω
即單應(yīng)變片電阻變化范圍為 ±1.4Ω(雙向受力時(shí))。

3. 電橋配置的影響
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全橋配置(4片應(yīng)變片):
兩對(duì)應(yīng)變片分別受拉/壓,總電阻變化為單片的4倍,但電橋輸出為電壓差,電阻變化絕對(duì)值仍與單片相同(僅信號(hào)靈敏度提升)。 -
半橋配置(2片應(yīng)變片):
電阻變化量為單片的2倍,但同樣以電壓形式輸出。
4. 實(shí)際輸出電阻變化范圍
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典型值:
單應(yīng)變片電阻變化通常為 ±0.5Ω 至 ±5Ω(對(duì)應(yīng)量程和設(shè)計(jì)不同)。
全橋測(cè)力傳感器的等效輸出阻抗(靜態(tài))仍為標(biāo)稱(chēng)值(如350Ω),但動(dòng)態(tài)電阻變化量取決于應(yīng)變片組合。 -
示例場(chǎng)景:
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量程較小的測(cè)力傳感器(如10kg):ΔR ≈ ±0.5Ω;
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量程較大的測(cè)力傳感器(如10噸):ΔR ≈ ±3Ω。
5. 輸出信號(hào)與電阻變化的關(guān)系
盡管電阻變化絕對(duì)值較小,但通過(guò)惠斯通電橋可放大為可測(cè)電壓信號(hào):
Vout?=Vex?⋅(ΔR/4R0?)
Vex?:激勵(lì)電壓(如10V);ΔR:電阻變化量。示例:若ΔR=1.4Ω,Vex?=10V,則:
Vout?=10V⋅(1.4Ω?/4×350Ω)≈0.01V=10mV
此時(shí)電阻變化雖小,但電壓信號(hào)已足夠放大檢測(cè)。
6. 關(guān)鍵影響因素
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溫度漂移:
溫度變化可能導(dǎo)致電阻變化誤差,需選擇溫度補(bǔ)償型應(yīng)變片或傳感器。 -
線性度:
彈性體形變與電阻變化需保持線性關(guān)系,通常在 0.1%–0.5% FS(滿(mǎn)量程)范圍內(nèi)。 -
長(zhǎng)期穩(wěn)定性:
材料蠕變或老化可能導(dǎo)致電阻緩慢偏移。
7. 總結(jié)
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電阻變化范圍:典型 ±0.5Ω 至 ±5Ω(與量程和設(shè)計(jì)相關(guān));
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實(shí)際應(yīng)用:電阻變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),需搭配高精度放大器(如儀表放大器)和低噪聲采集電路;
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選型建議:參考壓力傳感器手冊(cè)中的 靈敏度(mV/V) 和 額定輸出(mV),結(jié)合激勵(lì)電壓計(jì)算實(shí)際信號(hào)范圍。
如需精確設(shè)計(jì),需根據(jù)具體型號(hào)的應(yīng)變系數(shù)、量程和電橋配置進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。
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