應(yīng)變片壓力傳感器的原理和應(yīng)用(應(yīng)變片式傳感器原理)

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最常用的傳感器。廣泛應(yīng)用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石油化工、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等多種工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境。以下是一些常用傳感器的原理和應(yīng)用。

電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、電阻壓力傳感器、電感壓力傳感器、電容壓力傳感器、諧振壓力傳感器、電容加速度傳感器等機(jī)械傳感器種類繁多。但應(yīng)用最廣泛的是電阻壓力傳感器，它的價(jià)格很低，精度高，線性特性好。下面我們將主要介紹這種傳感器。

當(dāng)我們了解壓力阻力傳感器時(shí)，我們首先了解電阻應(yīng)變片的元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)部件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的敏感裝置。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)的金屬電阻應(yīng)變片。

電阻應(yīng)變片由基體材料、金屬應(yīng)變片或應(yīng)變片、絕緣保護(hù)片和引線組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的電阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的限值范圍應(yīng)注意：電阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大。同時(shí)，應(yīng)變片的加熱導(dǎo)致其過(guò)高。在不同的環(huán)境中使用，應(yīng)變片的電阻值變化過(guò)大，輸出零漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。電阻過(guò)大，電阻過(guò)高，對(duì)外界電磁干擾的抵抗力較差。一般來(lái)說(shuō)，它是幾十到幾千歐元。

電阻應(yīng)變片的工作原理：

我們知道晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。當(dāng)機(jī)械力沿一定方向變形時(shí)，某些晶體介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力被移除時(shí)，它將恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，即當(dāng)它受到壓力時(shí)，某些晶體可能會(huì)產(chǎn)生發(fā)電效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)?？茖W(xué)家根據(jù)這種效應(yīng)開(kāi)發(fā)了壓力傳感器。壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫銨。石英（二氧化硅）是一種天然晶體。壓電效應(yīng)是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的。在一定的溫度范圍內(nèi)，壓電特性一直存在，但在溫度超過(guò)這個(gè)范圍后，壓電特性完全消失（這種高溫就是所謂的居里點(diǎn)）。由于電場(chǎng)變化較小（即壓電系數(shù)相對(duì)較低），因此石英逐漸被其他壓電晶體所取代。酒石酸鉀鈉具有較大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但只能在室溫和濕度較低的環(huán)境中使用。磷酸二氫胺是一種人工晶狀體，能承受高溫和相當(dāng)高的濕度，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基材上的電阻隨機(jī)械變形而變化，俗稱電阻應(yīng)變效應(yīng)。

讓我們以金屬絲的應(yīng)變電阻為例。當(dāng)金屬絲受到外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積會(huì)發(fā)生變化。從上面的公式中很容易看出，其電阻值會(huì)發(fā)生變化。如果金屬絲在外力作用下延伸，其長(zhǎng)度會(huì)增加，而截面積會(huì)減小，電阻值會(huì)增加。當(dāng)金屬絲受到外力作用并被壓縮時(shí)，截面會(huì)減小，電阻值會(huì)減小。只要測(cè)量電阻的變化（通常測(cè)量電阻兩端的電壓），就可以獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變。