物联网传感技术——电阻（应变）式传感器
电阻（应变）式传感器
【 章节要点
- 工作原理
- 特性分析与误差（温度）补偿
- 测量电路
- 主要应用——柱式，悬臂梁式传感器的分析计算
- 习题 】
|| 工作原理
- 早在1856年，英国物理学家就发现了金属的电阻应变效应——金属丝的电阻随其所受的机械形变（拉伸或压缩）而变化。
|| 电阻应变片 （转换元件）
-
电阻应变片是由电阻丝绕城的敏感栅等构成的用于测量应变的元件，其工作原理是基于电阻应变效应。
-
结构 （一次性）
实验表明，应变片的灵敏系数 K 总小于同种材料金属丝的灵敏系数 Ko，观察应变片的结构可以理解，在拐弯处存在 横向效应 总是会抵消纵向应变的，所以设计时可以适当增加基长；但是当应力分布变化大时，必须选用小基长的应变片。
- 种类
（1）丝式应变片
（2）箔式应变片
利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形。
广泛应用的是箔式，因为它具有以下优点：
制造技术能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀
横向效应可以忽略
散热性能好，可通过较大的工作电流
机械滞后小
生产效率高
（3）半导体应变片
基于半导体的压阻效应，突出优点是其体积小，灵敏度高，比金属应变片要大几十倍，可以不需要放大仪器而直接与记录仪器相连，机械滞后小。缺点是电阻和灵敏系数的温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重，灵敏度分散性大。
|| 电阻应变片的温度误差
由环境温度带来的误差称为应变片的温度误差，又称热输出。
电阻应变片由于温度所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎具有相同的数量级，如果不采取适当措施加以解决，应变片将无法正常工作。
分析造成误差的原因：
|| 测量电路——电桥
上图！！！！！
利用单臂电桥推导出当电桥的电压灵敏度最大时，对应的电阻关系
- 差动半桥
一般地 ，Uout = 0.25 * Uin * K * ( 应变1 - 应变2)
- 差动全桥
一般地 ，Uout = 0.25 * Uin * K * ( 应变1 - 应变2 - 应变3 + 应变4)
- 温度补偿
（1）补偿块补偿法
（2）工作片补偿法（差动电桥）
|| 应变式传感器
特点：
- 柱式力传感器
- 梁式传感器
|| 习题