电阻应变式传感器
电阻应变式传感器工作原理、电桥测量电路与温度补偿
#tech / hardware / sensor
#type / concept
#status / growing
[!info] related notes
电阻应变式传感器
- 电阻应变片含义，影响因素
- 压阻效应
- 电桥测量的原理、条件，单臂、半桥、全桥的区别与分析过程
- 温度补偿
电阻应变式传感器工作原理
电阻应变效应： 金属和半导体材料在外力作用下发生机械形变时，其电阻值也随之发生变化，这种现象就称为电阻应变效应。
电阻基本公式：
$$ R = \rho \frac{l}{S} $$
其中：
- $\rho$ 为电阻率
- $l$ 为长度
- $S$ 为截面积
变化会导致材料的形状变化和电阻率变化
轴向应变 正应变 径向应变 负应变
电阻丝的灵敏系数 K： 单位应变所引起的电阻相对变化量
K 受两个因素影响：
- 受力后材料的几何尺寸的变化
- 受力后材料的电阻率发生的变化
对于金属材料，几何尺寸变化的影响远大于另一种，称为 应变。 对于半导体材料，电阻率变化的影响更大，称为 压阻。
半导体应变片的灵敏度系数：
$$ K = \frac{\Delta R/R}{\varepsilon} = \pi \times E $$
- $K$ - 灵敏度系数（无量纲）
- $\Delta R$ - 电阻变化量 (Ω)
- $R$ - 初始电阻值 (Ω)
- $\varepsilon$ - 应变（无量纲，通常用微应变 μɛ 表示）
- $\pi$ - 压阻系数 (Pa⁻¹)
- $E$ - 应力 (Pa 或 N/m²)
电阻应变式传感器测量常用电桥电路
1. 直流电桥电路
电桥电路 对边相乘，乘积相同时，电桥平衡输出为 0V
为减小或消除直流电桥测量结果非线性误差的方法可采用 提高桥臂比
差动电桥-无线性误差
温度补偿
温度误差产生的原因
- 温度变化引起应变片敏感栅的电阻变化和形变
- 被测材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变
- 应变片补偿
- 桥路补偿法
四个电阻都感受同样的温度