电阻应变式力传感器

• 1.传感器简单分类
• 2.敏感元件及其原理
• • 2.1敏感元件
  • 2.1命名规则
  • 2.2电阻应变片种类
  • 2.3 选型指南
  • 2.4 敏感元件敏感原理
  • 2.6 轴向受力及横向效应
  • • 2.6.1 轴向受力
    • 2.6.2 横向效应
  • 2.7 应变片的主要参数
• 3 转换电路
• • 3.1惠斯通电桥
  • 3.2 电桥组成方式
• 4.温度补偿
• 5.示例分析

1.传感器简单分类

根据文章题目将传感器简单分类：

2.敏感元件及其原理

2.1敏感元件

电阻应变式传感器的灵敏元件主要是应变片（strain gauge, strain gage）是一种用来测量物体应变的测试工具。
一些应变片实例以及参数：（举实例，并不是广告）
实例（1）


实例（2）

2.1命名规则

PVC线

镀银铜线是在优质无氧铜上镀银或者再经拉制而成，具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性和高温抗氧化性能力。

对应链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.35.18be54dca9SSvu&id=624874373988&ns=1&abbucket=16#detail

2.2电阻应变片种类

各个种类优缺点：https://www.ligentcn.com/article/1586.html

电阻应变片淘宝链接（示例）

2.3 选型指南

济南西格玛公司：选型指南

高温应变片是对应不同温度阻值有相应变化。常温应变片一般采用康铜制造,高温应变片采用高温合金制造。中温应变片是对应不同温度，阻值有相应变化。

2.4 敏感元件敏感原理

当被测部件受外力变形时，敏感栅也随之变形，因此敏感栅的电阻值会产生相应的变化。通过惠斯通电桥可以测量到这个微小的阻值变化量，而通过应变片生产厂商标明的应变片系数可将测量得到的电阻变化量转换成实际应变值。

2.6 轴向受力及横向效应

2.6.1 轴向受力

2.6.2 横向效应

应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，该现象称为横向效应。

泊松系数指的是在固体力学中，材料的横向变形系数，即泊松比，称为泊松系数。

2.7 应变片的主要参数

示例链接：https://item.taobao.com/item.htm?id=624874373988

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/37d1a9f6634f49e5b1d33bcf3e847d33.png

其工艺控制范围可能是120±1欧姆，±1欧姆就是公差。
室内绝缘电阻
应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的敏感栅以及引出线与被测件之间的电阻值。绝缘电阻越大越好，通常要求绝缘电阻在 50M Ω ~100M Ω 以上。绝缘电阻下降将使测量系统的灵敏度降低，使应变片的指示应变产生误差。
应变极限
根据使用场合的不同，应变片会做成不同的形状、材质和尺寸，每种应变片的应变极限均有所不同，而应变极限是指应变片的最大形变量，超过这个形变量应变片内部电阻丝就会断裂导致开路，从而无法继续使用
机械滞后
机械滞后(mechanical hysteresis) 对于已安装好的应变片，在一定温度下，其△R/R（∈指）与的加载特性与卸载特性不重合，因此在同一真实应变值下，其对应的△R/R（∈指)值不一致，这个加卸载差值称为应变片的滞后值。
蠕变

3 转换电路

参考：①电桥电路：http://www.apollounion.com/Upload/DownFiles/20140509.pdf
②惠斯通电桥：https://zhuanlan.zhihu.com/p/267085334
惠斯通电桥
1.通过与已知电阻比较来确定电阻绝对值
2.测定电阻的相对变化

3.1惠斯通电桥

惠斯通电桥的四个桥臂或分支由电阻R1至R4组成。桥的角点2和3为桥路激励电压Vs;角点1和4为电桥输出电压V0 – 即测量信号。

3.2 电桥组成方式

链接：https://www.keyence.com.cn/ss/products/daq/lab/strain/straingage.jsp

4.温度补偿

参考链接：http://www.sigmar.com.cn/articles/view/208

5.示例分析

灵敏度
在购买称重传感器时，通常会获得有关称重传感器的激励电压 （V 或 VDC） 和输出 （mV） 的两条信息。
如果称重传感器具有 5 伏直流 （VDC） 激励电压和 0-250 mV 输出，则产生的比率为 250mV/5VDC。这相当于每伏50兆伏或有50：1的比例。此比率越大，称重传感器的信号分辨率就越大：导致更高的信号与噪声比，从而提高灵敏度。
灵敏度文献：https://zhuanlan.zhihu.com/p/431121002

输入阻抗
输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑 阻抗匹配问题

输出阻抗
无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。

绝缘阻抗
绝缘阻抗相当于传感器桥路与地之间串了一个阻值与其相当的的电阻（相当于就是电阻），绝缘电阻的大小会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。
防护等级
在这个标准中，针对电气设备外壳对异物的防护，IP等级的格式为IPXX，其中XX为两个阿拉伯数字，第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级，第二标记数字表示防水保护等级，具体的防护等级可以参考下面的表格。
IP65防护等级则代表该数码产品可以完全防止尘埃进入，可以隔绝喷溅的水进入，但不能隔绝水浪的进入与浸水。