应变式测力传感器的输出电阻变化范围与其工作原理、电桥配置及设计参数密切相关。以下是详细分析:
1. 基本原理、
变式测力传感器通过弹性体形变引起应变片电阻变化,通常采用惠斯通电桥(全桥或半桥)将电阻变化转换为电压信号。输出电阻的变化范围取决于:
应变片灵敏度(Gauge Factor, GF):典型值约2.0。
弹性体最大应变量(ε):通常在 1000–3000微应变(με) 范围内。
电桥配置:全桥(4片应变片)或半桥(2片应变片)。
2. 电阻变化公式
单应变片的电阻变化量:ΔR=R0⋅GF⋅ε
ΔR=350Ω×2×0.002=1.4Ω
即单应变片电阻变化范围为 ±1.4Ω(双向受力时)。

3. 电桥配置的影响
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全桥配置(4片应变片):
两对应变片分别受拉/压,总电阻变化为单片的4倍,但电桥输出为电压差,电阻变化绝对值仍与单片相同(仅信号灵敏度提升)。 -
半桥配置(2片应变片):
电阻变化量为单片的2倍,但同样以电压形式输出。
4. 实际输出电阻变化范围
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典型值:
单应变片电阻变化通常为 ±0.5Ω 至 ±5Ω(对应量程和设计不同)。
全桥测力传感器的等效输出阻抗(静态)仍为标称值(如350Ω),但动态电阻变化量取决于应变片组合。 -
示例场景:
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量程较小的测力传感器(如10kg):ΔR ≈ ±0.5Ω;
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量程较大的测力传感器(如10吨):ΔR ≈ ±3Ω。
5. 输出信号与电阻变化的关系
尽管电阻变化绝对值较小,但通过惠斯通电桥可放大为可测电压信号:
Vout=Vex⋅(ΔR/4R0)
Vex:激励电压(如10V);ΔR:电阻变化量。示例:若ΔR=1.4Ω,Vex=10V,则:
Vout=10V⋅(1.4Ω/4×350Ω)≈0.01V=10mV
此时电阻变化虽小,但电压信号已足够放大检测。
6. 关键影响因素
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温度漂移:
温度变化可能导致电阻变化误差,需选择温度补偿型应变片或传感器。 -
线性度:
弹性体形变与电阻变化需保持线性关系,通常在 0.1%–0.5% FS(满量程)范围内。 -
长期稳定性:
材料蠕变或老化可能导致电阻缓慢偏移。
7. 总结
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电阻变化范围:典型 ±0.5Ω 至 ±5Ω(与量程和设计相关);
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实际应用:电阻变化通过电桥转换为电压信号,需搭配高精度放大器(如仪表放大器)和低噪声采集电路;
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选型建议:参考压力传感器手册中的 灵敏度(mV/V) 和 额定输出(mV),结合激励电压计算实际信号范围。
如需精确设计,需根据具体型号的应变系数、量程和电桥配置进行详细计算。
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