趙工
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應變片壓力傳感器原理與應用
力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線(xiàn)性特性。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器。
在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。
金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時(shí)，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。
這種應變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過(guò)后續的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。
金屬電阻應變片的內部結構
如圖1所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線(xiàn)等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動(dòng)電流太大，同時(shí)應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調零電路過(guò)于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
電阻應變片的工作原理
金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現象，俗稱(chēng)為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：
式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·cm2/m）
S——導體的截面積（cm2）
L——導體的長(cháng)度（m）
我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時(shí)，其長(cháng)度和截面積都會(huì )發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì )發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(cháng)時(shí)，其長(cháng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì )增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(cháng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì )減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情
2、陶瓷壓力傳感器原理及應用
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時(shí)間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質(zhì)直接接觸。
陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長(cháng)期穩定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類(lèi)型傳感器的趨勢，在中國也越來(lái)越多的用戶(hù)使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。