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

3. 電橋配置的影響
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全橋配置(4片應變片):
兩對應變片分別受拉/壓,總電阻變化為單片的4倍,但電橋輸出為電壓差,電阻變化絕對值仍與單片相同(僅信號靈敏度提升)。 -
半橋配置(2片應變片):
電阻變化量為單片的2倍,但同樣以電壓形式輸出。
4. 實際輸出電阻變化范圍
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典型值:
單應變片電阻變化通常為 ±0.5Ω 至 ±5Ω(對應量程和設計不同)。
全橋測力傳感器的等效輸出阻抗(靜態(tài))仍為標稱值(如350Ω),但動態(tài)電阻變化量取決于應變片組合。 -
示例場景:
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量程較小的測力傳感器(如10kg):ΔR ≈ ±0.5Ω;
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量程較大的測力傳感器(如10噸):ΔR ≈ ±3Ω。
5. 輸出信號與電阻變化的關系
盡管電阻變化絕對值較小,但通過惠斯通電橋可放大為可測電壓信號:
Vout?=Vex?⋅(ΔR/4R0?)
Vex?:激勵電壓(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
此時電阻變化雖小,但電壓信號已足夠放大檢測。
6. 關鍵影響因素
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溫度漂移:
溫度變化可能導致電阻變化誤差,需選擇溫度補償型應變片或傳感器。 -
線性度:
彈性體形變與電阻變化需保持線性關系,通常在 0.1%–0.5% FS(滿量程)范圍內。 -
長期穩(wěn)定性:
材料蠕變或老化可能導致電阻緩慢偏移。
7. 總結
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電阻變化范圍:典型 ±0.5Ω 至 ±5Ω(與量程和設計相關);
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實際應用:電阻變化通過電橋轉換為電壓信號,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中的 靈敏度(mV/V) 和 額定輸出(mV),結合激勵電壓計算實際信號范圍。
如需精確設計,需根據具體型號的應變系數、量程和電橋配置進行詳細計算。
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