应变片测量的原理是啥？ -

标题: 应变片测量的原理是啥？ [打印本页]

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 10:26
标题: 应变片测量的原理是啥？

介绍说，应变片不能直接用表测量，因为变化量太小。

那么这个变化量直接用放大电路放大不行吗？

为什么要送入一个叫惠斯通的电路，在放大呢？

那个惠斯通如何提高灵敏度的？

作者: munuc_w 时间: 2021-7-31 11:27
常用的应变片都是电阻应变片，弹性形变时，其电阻值发生了变化，电路只能处理电信号，不能处理电阻值这种物理量。所以要想办法把电阻这个物理量的变化转变成电信号的变化，有了电信号，电路就可以处理这个物理量了。电桥的作用就是把电阻的变化转变成电压的变化，也就是电信号。

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度以下）就是测量电阻。

应变片最大的问题是温度系数非常恐怖，如果直接测量电阻值，你都不知道你到底测量是压力还是温度。所以要做成惠斯通电桥，常见接法有三种，最简单的是一个应变片受力，剩下三个应变片不受力只做温度补偿，应变片阻值不表示压力，应变片阻值的差异比例才表示受力，这样三个应变片的温度系数就被消掉了。稍复杂的是两个对侧的应变片受力，其他两个不受力。最复杂的是四个应变片都受力，对侧受力方向相同，两组对侧受力方向相反。这么说你能明白了吧！

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 12:14

作者: munuc_w 时间: 2021-7-31 12:47

Hephaestus 发表于 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度 ...

应变片不用来测量电阻的，大都是组成电桥测压力的。电桥输出的信号是电阻值吗？

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 12:51

脑胀，休息一下在看，

作者: dj3365191 时间: 2021-7-31 13:05
惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 13:15

munuc_w 发表于 2021-7-31 12:47
应变片不用来测量电阻的，大都是组成电桥测压力的。电桥输出的信号是电阻值吗？

应变片就是测量电阻，但是不能直接测量电阻是因为阻值跟温度变化关系更大，那就用4个应变片组成惠斯通电桥来测试电压，电压差是不同位置应变片阻值的比例差，这样就把温度给抵消掉了。如果你连这个都看不懂我也没必要继续解释了。

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 13:23

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 13:46
本帖最后由 m2006410 于 2021-7-31 14:03 编辑

谢谢回复，

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 13:53

m2006410 发表于 2021-7-31 13:46
这样一个电路，进行电压放大，就能算出来压力？

你的图显然是错误的，缺乏温度补偿应变片。

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 16:05

沙县大酒店吃个鸡腿饭，吹吹空调，降降温，看了一下文库介绍，基本原理全是有个眉目了。

惠斯通电桥的特色就是，在电压平衡时，可以通过调节电阻，来达到不平衡，从而实现了微弱信号难以检测的情况下，实现了放大，变得可以测量

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 16:46

m2006410 发表于 2021-7-31 16:05
沙县大酒店吃个鸡腿饭，吹吹空调，降降温，看了一下文库介绍，基本原理全是有个眉目了。

惠斯通电 ...

你还是没弄明白，应变片电阻并不微弱，也不难以检测。常见温度传感器Pt100温度变化1度才变化0.39欧姆，通过检测电阻变化做到0.1度都是轻而易举的。

为什么要用惠斯通电桥你还是不懂。

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 18:32

Hephaestus 发表于 2021-7-31 16:46
你还是没弄明白，应变片电阻并不微弱，也不难以检测。常见温度传感器Pt100温度变化1度才变化0.39欧姆，通 ...

哭了，我再去看，看不懂不回来了

作者: Hephaestus 时间: 2021-7-31 18:51

m2006410 发表于 2021-7-31 18:32
哭了，我再去看，看不懂不回来了

算了，中文的文档都是体制内为了晋升故意灌水，根本没法看，英文的文档我觉得你看不懂，我拿9楼的图解释一下吧。称重传感器一般用金属箔应变片，我上面说的是Cu50、Pt100这些温度传感器也是金属箔传感器，气压传感器因为需要的灵敏度很高，一般是半导体应变片，半导体的温度系数非常的大，20度应变片阻值可能是20k，到了30度阻值就会变成10k，所以直接测量应变片的电阻根本测不出压力，只能测出温度。

以9楼的图为例，用了两个应变片，下面那个受力stressed，上面那个不受力unstressed。阻值分别是Rs、Ru，设R1=R3，电池电压10V，那么不受力的时候V=0。
在某个特定压力下，当前温度20度，Rs=21k，Ru=20k，V=10*Rs/(Rs+Ru)-5.0=0.122V。
当前压力不变，温度上升到30度，Rs=10.5k，Ru=10k，V=10*Rs/(Rs+Ru)-5.0=0.122V。
可见通过Ru这个不接受压力，只感知温度的应变片，通过惠斯通电桥的接法，把巨大的温度系数给消除了！

作者: m2006410 时间: 2021-7-31 22:56

Hephaestus 发表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文档都是体制内为了晋升故意灌水，根本没法看，英文的文档我觉得你看不懂，我拿9楼的图解释 ...

层主真的热心肠的人，给普通人热情的科普这么难以获得知识，讲解通俗，我要总结编辑一下，传达给更多的人了解。真心感谢层主！

作者: 轩辕顶托 时间: 2021-8-1 16:23
电阻应变片也称电阻应变计,简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)夹在两层绝缘薄片中(基底)制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。
电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
dr/r=ks*ε
其中，ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。
由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dr/r成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
电阻应变片的粘贴步骤 ●检查：外观、电阻值、修整
●试件表面处理：光洁度要求、划定位线
●粘贴：厚度、方法
●固化处理
●粘贴质量的检查：电阻值和绝缘电阻值
●接线端子的焊接、导线的固定
●防潮处理
电阻应变片的种类（1）丝绕式
用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片，目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。
（2）短接式
这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的。短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。
（3）箔式电阻片
它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低，和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点：
a.随着光刻技术的发展，箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。尤其突出的是能制成栅长很小（如 0.2mm）或敏感栅图案特殊的应变片。
b.箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。这样，在相同截面积下，允许通过的电流较丝绕式片的大（φ 0.025mm 的康铜比绕式应变片允许电流以约35ma，箔式片可大几倍），使测量电路有输出较大信号的可能。另外，表面积大使附着力增加，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性。
c.箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻（ζ），也小很多，使箔式片横向效应很小

作者: m2006410 时间: 2021-8-2 00:04
实在是妙，又看了一遍，把共同拥有的的属性给抵消，剩下独有的属性。
通俗，字少，数学公式少，名词少，图少，精华。

作者: m2006410 时间: 2021-8-2 00:10

轩辕顶托发表于 2021-8-1 16:23
电阻应变片也称电阻应变计,简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应 ...

资料难得

作者: TTQ001 时间: 2021-8-2 09:04
惠斯通电桥利用四个具有特定阻值的电阻组成一个对电阻变化非常敏感的平衡电路，当四个电阻中的任何一个电阻发生变化时，电桥的输出都会发生变化。输出馈送到具有高增益的运算放大器进行放大。

作者: Hephaestus 时间: 2021-8-2 14:38

m2006410 发表于 2021-8-2 00:04
实在是妙，又看了一遍，把共同拥有的的属性给抵消，剩下独有的属性。
通俗，字少，数学公式少，名词少，图 ...

能说出这样的话，你是真的理解了。

作者: Frank660405 时间: 2022-11-3 16:19
学习、标记，以便日后重新浏览！

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 08:31

Hephaestus 发表于 2021-7-31 12:14

这个动图好经典

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 08:34

Hephaestus 发表于 2021-7-31 16:46
你还是没弄明白，应变片电阻并不微弱，也不难以检测。常见温度传感器Pt100温度变化1度才变化0.39欧姆，通 ...

大师不要卖关子

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 08:48

Hephaestus 发表于 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度 ...

那珠宝电子秤这种臂式的传感器是结成哪种模式？常用的是那种模式呢

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 08:49

Hephaestus 发表于 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度 ...

1.这样三个应变片的温度系数就被消掉了-----------这个到底是怎么抵消的？

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 09:10

Hephaestus 发表于 2021-7-31 12:14

我怎么感觉这个一相减永远都为0呢

作者: QWE4562012 时间: 2023-4-16 09:13

Hephaestus 发表于 2021-7-31 12:14

这个公式计算传感器输出岂不是永远等于0啊

作者: liixaofei5 时间: 2023-4-17 17:10
以前还没试过多个应变片一起用的方法，大家讨论的方法非常棒，学习了

作者: coody_sz 时间: 2023-4-17 18:49

QWE4562012 发表于 2023-4-16 09:13
这个公式计算传感器输出岂不是永远等于0啊

有变形时应变片电桥不平衡，这么会输出0？

作者: 海阔天空8 时间: 2023-4-17 21:42
本人外行。拆了一个厨房秤，本人理解为电桥中的两个电阻一个拉伸一个压缩，加上一定电压电桥就会输出一个电压信号，由于电阻变化量微乎其微（万用表根本就量不出来），所以要经过高灵敏放大电路来放大成一定范围的电压信号再经A-D转换电路等显示出变化的数字量来。

作者: Hephaestus 时间: 2023-4-18 13:26

liixaofei5 发表于 2023-4-17 17:10
以前还没试过多个应变片一起用的方法，大家讨论的方法非常棒，学习了

哪里有多个应变片？？？一个应变片传感器自身内涵至少两个应变片互相进行温度补偿。

作者: Hephaestus 时间: 2023-4-18 18:01

ahkeji51 发表于 2023-4-18 15:21
“你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。”不严肃。电阻测量的本质是基于R/I的转换（如万用表电阻档） ...

你就不会用自己的脑子说话？抄书也想让我回复你那是做梦，更何况你抄的还是过时的无效的东西。

作者: QWE4562012 时间: 2023-8-7 18:51

Hephaestus 发表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文档都是体制内为了晋升故意灌水，根本没法看，英文的文档我觉得你看不懂，我拿9楼的图解释 ...

这里没看懂温度对阻值的影响

作者: cnfloatleaf 时间: 2023-8-7 19:41

Hephaestus 发表于 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度 ...

有点明白了，学习了

作者: 海阔天空8 时间: 2023-8-7 20:05
厨房秤就是用应变片压力传感器吧？但是这个电阻变化太微小了，一般万用表量不出来，有专用集成电路处理

厨房秤传感器.jpg (258.53 KB, 下载次数: 91)

作者: 海阔天空8 时间: 2023-8-7 20:14
常见的厨房秤传感器就是应变片电桥电路吧？压力变化时电阻值确实变化很小，万用表根本就反映不出来。必须有专用集成电路处理这种微笑的电阻变化，使之和压力对应起来

厨房秤传感器.jpg (258.53 KB, 下载次数: 100)

作者: Hephaestus 时间: 2023-8-9 12:56

QWE4562012 发表于 2023-8-7 18:51
这里没看懂温度对阻值的影响

15楼已经这么具体了，还是看不懂的话，你还是回去完成九年义务教育吧。

作者: Hephaestus 时间: 2023-10-30 21:58

海阔天空8 发表于 2023-8-7 20:14
常见的厨房秤传感器就是应变片电桥电路吧？压力变化时电阻值确实变化很小，万用表根本就反映不出来。必须有 ...

多读几遍我在15楼的发言，不是变化很小，而是要把温度引起的变化和应力引起的变化分隔出来。

作者: Hephaestus 时间: 2025-5-27 03:56

海阔天空8 发表于 2023-8-7 20:05
厨房秤就是用应变片压力传感器吧？但是这个电阻变化太微小了，一般万用表量不出来，有专用集成电路处理

你不测试一下就不要信口开河。

作者: GlenXu 时间: 2025-5-28 08:53
这是固体材料力学的原理，楼上大家都把测量讲的很清楚了，
这里补充点“原理”：
当弹性固体放生形变时，材料内部和外部的应力是按一定的梯度分布的，所以，材料表面的形变比例，可以代表应力集合的比例，通过表面应力间接反映了材料某个方向的受力。

作者: 源洋川 时间: 2025-5-28 11:07
惠斯通电桥通过差分输出和桥臂协同变化显著提升了应变片信号的灵敏度和抗干扰能力，解决了直接放大导致的信噪比不足问题。后续放大电路只需处理“纯净”的差分信号，从而实现高精度测量。

作者: keemee 时间: 2025-5-28 12:34
就是电桥测量，组成电桥的元件具有类似的温度系数，环境温度变化时，不会漂移太多，相对精确一些

作者: 海阔天空8 时间: 2025-5-28 12:56

Hephaestus 发表于 2021-7-31 11:52
你看到的介绍和沙发的评论全都是错误的。电阻值很容易测量，比如温度测量最常用用Cu50（常温）PT100（300度 ...

压力应变片吧？厨房秤只有一个应变片。一般体重秤4个，我最关心的是它的稳定性如何？厨房秤每次开机都有个调零校准过程。不知体重秤是如何较准的？

作者: 海阔天空8 时间: 2025-5-28 13:02

Hephaestus 发表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文档都是 ...

电子血压表的传感器是气压传感器吧？他检测压力变成的电脉冲吧？它的稳定性如何？

作者: 海阔天空8 时间: 2025-5-28 13:13

Hephaestus 发表于 2025-5-27 03:56
你不测试一下就不

一端固定一端施压上下两个面不是一面拉伸一面压缩吗？请你指出错误。

作者: 15962 时间: 2025-5-28 16:08
惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。

作者: Hephaestus 时间: 2025-6-2 23:27

15962 发表于 2025-5-28 16:08
惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物 ...

前面的都解释得很清楚了，不要说废话耽误别人时间。

作者: 1763333333 时间: 2025-6-9 10:55
举个栗子：应变片电阻变 0.1Ω ，直接测电压变化可能只有几微伏，放大电路一放大，噪声也跟着放大，根本没法用；但惠斯通电桥能把这 0.1Ω 变化转化成毫伏级电压差，再配合仪表放大器，就能干净利落地测出应变

作者: rundstedt 时间: 2025-6-9 16:36

1763333333 发表于 2025-6-9 10:55
举个栗子：应变片电阻变 0.1Ω ，直接测电压变化可能只有几微伏，放大电路一放大，噪声也跟着放大，根本没 ...

完全错误，惠斯通电桥灵敏度不可能超过直接测电阻。

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)