应变片传感器实验应变片工作原理解析

发布时间：2024-10-06 14:10:09

应变片工作原理解析

应变片是一种无源传感器，它将机械位移转换为电阻的变化。应变片传感器是一种薄晶圆状器件，可以连接到各种材料上以测量施加的应变，是许多类型传感器的基础，如压力传感器，称重传感器，扭矩传感器等。

应变片工作原理

箔式应变片非常常见，其中电阻箔安装在背衬材料上。它们有各种形状和尺寸可供选择，适用于不同的场景与应用。箔片的电阻随着附着的材料的拉伸或压缩而发生变化。电阻的这种变化与施加的应变成正比。由于电阻的这种变化幅度非常小，因此其效果只能通过惠斯通电桥来感知。这是应变片的基本工作原理。

电路图如图所示。在此电路图中，应变片连接到惠斯通电桥。该电路的设计使得当没有力施加到应变片上时，R1等于R2，应变片的电阻等于R3。在这种情况下，惠斯通电桥是平衡的，电压表没有偏转。

但是当应变施加到应变片上时，应变片传感器的电阻发生变化，惠斯通电桥变得不平衡，电流流过电压表。由于电阻的净变化与施加的应变成正比，因此，流经电压表的产生的电流与施加的应变成正比。因此，电压表可以根据应变或力进行校准。

在上面的电路中，我们只使用了一个应变片。这被称为"四分之一桥"电路。在这个电路中，我们还可以使用两个应变片甚至四个应变片。然后这个电路分别称为"半桥"和"全桥"。全桥电路提供更高的灵敏度和最小的温度变化误差。

应变片的结构与原理

应变片结构

在工业上，有一种专门测量扭矩的工具，它叫应变片。应变片是一种非常灵敏的传感器，应变片尺寸非常小，为了精确测量扭矩，需要严格按照公差要求定位，并且焊接小型电池也是一项艰巨的任务，在焊点处需要非常小心，因为不正确的焊接都会损坏应变片。

应变片的结构如上图所示，由上到下为覆膜，应变片金属敏感栅，应变片绝缘基底，覆膜，金属弹性体。由此可以得出，应变片中包含了多种不同的材料，因此其膨胀系数也各不相同，当温度发生改变时，附在金属弹性体上的应变片，会被拉伸或者压缩，产生额外的应力，导致敏感栅阻值发生变化。并且，每片应变片贴在金属弹性体的胶水厚度也会存在着差异，因此每片应变片都存在一定的差异。