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標題: 應變片測量的原理是啥？ [打印本頁]

作者: m2006410 時間: 2021-7-31 10:26
標題: 應變片測量的原理是啥？

介紹說，應變片不能直接用表測量，因為變化量太小。

那么這個變化量直接用放大電路放大不行嗎？

為什么要送入一個叫惠斯通的電路，在放大呢？

那個惠斯通如何提高靈敏度的？

作者: munuc_w 時間: 2021-7-31 11:27
常用的應變片都是電阻應變片，彈性形變時，其電阻值發生了變化，電路只能處理電信號，不能處理電阻值這種物理量。所以要想辦法把電阻這個物理量的變化轉變成電信號的變化，有了電信號，電路就可以處理這個物理量了。電橋的作用就是把電阻的變化轉變成電壓的變化，也就是電信號。

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度以下）就是測量電阻。

應變片最大的問題是溫度系數非常恐怖，如果直接測量電阻值，你都不知道你到底測量是壓力還是溫度。所以要做成惠斯通電橋，常見接法有三種，最簡單的是一個應變片受力，剩下三個應變片不受力只做溫度補償，應變片阻值不表示壓力，應變片阻值的差異比例才表示受力，這樣三個應變片的溫度系數就被消掉了。稍復雜的是兩個對側的應變片受力，其他兩個不受力。最復雜的是四個應變片都受力，對側受力方向相同，兩組對側受力方向相反。這么說你能明白了吧！

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 12:14

作者: munuc_w 時間: 2021-7-31 12:47

Hephaestus 發表于 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度 ...

應變片不用來測量電阻的，大都是組成電橋測壓力的。電橋輸出的信號是電阻值嗎？

作者: m2006410 時間: 2021-7-31 12:51

腦脹，休息一下在看，

作者: dj3365191 時間: 2021-7-31 13:05
惠斯通電橋是由四個電阻組成的電橋電路，這四個電阻分別叫做電橋的橋臂，惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物理量的變化，單片機采集可變電阻兩端的電壓然后處理，就可以計算出相應的物理量的變化，是一種精度很高的測量方式。

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 13:15

munuc_w 發表于 2021-7-31 12:47
應變片不用來測量電阻的，大都是組成電橋測壓力的。電橋輸出的信號是電阻值嗎？

應變片就是測量電阻，但是不能直接測量電阻是因為阻值跟溫度變化關系更大，那就用4個應變片組成惠斯通電橋來測試電壓，電壓差是不同位置應變片阻值的比例差，這樣就把溫度給抵消掉了。如果你連這個都看不懂我也沒必要繼續解釋了。

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 13:23

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

謝謝回復，

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 13:53

m2006410 發表于 2021-7-31 13:46
這樣一個電路，進行電壓放大，就能算出來壓力？

你的圖顯然是錯誤的，缺乏溫度補償應變片。

作者: m2006410 時間: 2021-7-31 16:05

沙縣大酒店吃個雞腿飯，吹吹空調，降降溫，看了一下文庫介紹，基本原理全是有個眉目了。

惠斯通電橋的特色就是，在電壓平衡時，可以通過調節電阻，來達到不平衡，從而實現了微弱信號難以檢測的情況下，實現了放大，變得可以測量

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 16:46

m2006410 發表于 2021-7-31 16:05
沙縣大酒店吃個雞腿飯，吹吹空調，降降溫，看了一下文庫介紹，基本原理全是有個眉目了。

惠斯通電 ...

你還是沒弄明白，應變片電阻并不微弱，也不難以檢測。常見溫度傳感器Pt100溫度變化1度才變化0.39歐姆，通過檢測電阻變化做到0.1度都是輕而易舉的。

為什么要用惠斯通電橋你還是不懂。

作者: m2006410 時間: 2021-7-31 18:32

Hephaestus 發表于 2021-7-31 16:46
你還是沒弄明白，應變片電阻并不微弱，也不難以檢測。常見溫度傳感器Pt100溫度變化1度才變化0.39歐姆，通 ...

哭了，我再去看，看不懂不回來了

作者: Hephaestus 時間: 2021-7-31 18:51

m2006410 發表于 2021-7-31 18:32
哭了，我再去看，看不懂不回來了

算了，中文的文檔都是體制內為了晉升故意灌水，根本沒法看，英文的文檔我覺得你看不懂，我拿9樓的圖解釋一下吧。稱重傳感器一般用金屬箔應變片，我上面說的是Cu50、Pt100這些溫度傳感器也是金屬箔傳感器，氣壓傳感器因為需要的靈敏度很高，一般是半導體應變片，半導體的溫度系數非常的大，20度應變片阻值可能是20k，到了30度阻值就會變成10k，所以直接測量應變片的電阻根本測不出壓力，只能測出溫度。

以9樓的圖為例，用了兩個應變片，下面那個受力stressed，上面那個不受力unstressed。阻值分別是Rs、Ru，設R1=R3，電池電壓10V，那么不受力的時候V=0。
在某個特定壓力下，當前溫度20度，Rs=21k，Ru=20k，V=10*Rs/(Rs+Ru)-5.0=0.122V。
當前壓力不變，溫度上升到30度，Rs=10.5k，Ru=10k，V=10*Rs/(Rs+Ru)-5.0=0.122V。
可見通過Ru這個不接受壓力，只感知溫度的應變片，通過惠斯通電橋的接法，把巨大的溫度系數給消除了！

作者: m2006410 時間: 2021-7-31 22:56

Hephaestus 發表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文檔都是體制內為了晉升故意灌水，根本沒法看，英文的文檔我覺得你看不懂，我拿9樓的圖解釋 ...

層主真的熱心腸的人，給普通人熱情的科普這么難以獲得知識，講解通俗，我要總結編輯一下，傳達給更多的人了解。真心感謝層主！

作者: 軒轅頂托 時間: 2021-8-1 16:23
電阻應變片也稱電阻應變計,簡稱應變片或應變計，是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。它能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化。電阻應變片是由φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片中(基底)制成。用鍍銀銅線與應變片絲柵連接，作為電阻片引線。
電阻應變片的工作原理是基于應變效應。電阻應變片的測量原理為：金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲粘貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發生電阻變化。
dr/r=ks*ε
其中，ks為材料的靈敏系數，其物理意義是單位應變的電阻變化率，標志著該類絲材電阻應變片效應顯著與否。ε為測點處應變，為無量綱的量，但習慣上仍給以單位微應變，常用符號με表示。
由此可知，金屬絲在產生應變效應時，應變ε與電阻變化率dr/r成線性關系，這就是利用金屬應變片來測量構件應變的理論基礎。
電阻應變片的粘貼步驟 ●檢查：外觀、電阻值、修整
●試件表面處理：光潔度要求、劃定位線
●粘貼：厚度、方法
●固化處理
●粘貼質量的檢查：電阻值和絕緣電阻值
●接線端子的焊接、導線的固定
●防潮處理
電阻應變片的種類（1）絲繞式
用電阻絲盤繞電阻片稱為絲繞式電阻片，目前廣泛使用的有半圓彎頭平繞式，這種電阻片多用紙底和紙蓋，價格低廉，適于實驗室廣泛使用，缺點是精度較差，橫肉向效應系數較大。
（2）短接式
這種電阻片的制作比較容易，在一排拉直的電阻絲之間，在預定的標距上用較粗的導線相間地造成短路，這種電阻片有用紙底的，也有用膠底的。短路接式電阻片的優點是幾何形狀比容易于保證，而且橫向效應系數近于零。
（3）箔式電阻片
它是在合金箔（康銅箔或鎳鉻箔）的一面涂膠形成膠底，然后在箔面上用照相腐蝕成形法制成的，所以幾何形狀和尺寸非常精密，而且由于電阻絲部分是平而薄的矩形截面，所以粘貼牢固，絲的散熱性能好，橫向效應系數也較低，和絲繞式應變片相比，箔式片有下列優點：
a.隨著光刻技術的發展，箔式片能保證尺寸準確、線條均勻，故靈敏系數分散性小。尤其突出的是能制成柵長很小（如 0.2mm）或敏感柵圖案特殊的應變片。
b.箔式片柵絲截面為矩形，故柵絲周表面積大，因而散熱性好。這樣，在相同截面積下，允許通過的電流較絲繞式片的大（φ 0.025mm 的康銅比繞式應變片允許電流以約35ma，箔式片可大幾倍），使測量電路有輸出較大信號的可能。另外，表面積大使附著力增加，有利于變形傳遞，因而增加了測量的準確性。
c.箔式片敏感柵橫向部分的線條寬度比縱向部分的大得多，因而單位長度的電阻（ζ），也小很多，使箔式片橫向效應很小

作者: m2006410 時間: 2021-8-2 00:04
實在是妙，又看了一遍，把共同擁有的的屬性給抵消，剩下獨有的屬性。
通俗，字少，數學公式少，名詞少，圖少，精華。

作者: m2006410 時間: 2021-8-2 00:10

軒轅頂托發表于 2021-8-1 16:23
電阻應變片也稱電阻應變計,簡稱應變片或應變計，是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。它能將機械構件上應 ...

資料難得

作者: TTQ001 時間: 2021-8-2 09:04
惠斯通電橋利用四個具有特定阻值的電阻組成一個對電阻變化非常敏感的平衡電路，當四個電阻中的任何一個電阻發生變化時，電橋的輸出都會發生變化。輸出饋送到具有高增益的運算放大器進行放大。

作者: Hephaestus 時間: 2021-8-2 14:38

m2006410 發表于 2021-8-2 00:04
實在是妙，又看了一遍，把共同擁有的的屬性給抵消，剩下獨有的屬性。
通俗，字少，數學公式少，名詞少，圖 ...

能說出這樣的話，你是真的理解了。

作者: Frank660405 時間: 2022-11-3 16:19
學習、標記，以便日后重新瀏覽！

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 08:31

Hephaestus 發表于 2021-7-31 12:14

這個動圖好經典

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 08:34

Hephaestus 發表于 2021-7-31 16:46
你還是沒弄明白，應變片電阻并不微弱，也不難以檢測。常見溫度傳感器Pt100溫度變化1度才變化0.39歐姆，通 ...

大師不要賣關子

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 08:48

Hephaestus 發表于 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度 ...

那珠寶電子秤這種臂式的傳感器是結成哪種模式？常用的是那種模式呢

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 08:49

Hephaestus 發表于 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度 ...

1.這樣三個應變片的溫度系數就被消掉了-----------這個到底是怎么抵消的？

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 09:10

Hephaestus 發表于 2021-7-31 12:14

我怎么感覺這個一相減永遠都為0呢

作者: QWE4562012 時間: 2023-4-16 09:13

Hephaestus 發表于 2021-7-31 12:14

這個公式計算傳感器輸出豈不是永遠等于0啊

作者: liixaofei5 時間: 2023-4-17 17:10
以前還沒試過多個應變片一起用的方法，大家討論的方法非常棒，學習了

作者: coody_sz 時間: 2023-4-17 18:49

QWE4562012 發表于 2023-4-16 09:13
這個公式計算傳感器輸出豈不是永遠等于0啊

有變形時應變片電橋不平衡，這么會輸出0？

作者: 海闊天空8 時間: 2023-4-17 21:42
本人外行。拆了一個廚房秤，本人理解為電橋中的兩個電阻一個拉伸一個壓縮，加上一定電壓電橋就會輸出一個電壓信號，由于電阻變化量微乎其微（萬用表根本就量不出來），所以要經過高靈敏放大電路來放大成一定范圍的電壓信號再經A-D轉換電路等顯示出變化的數字量來。

作者: Hephaestus 時間: 2023-4-18 13:26

liixaofei5 發表于 2023-4-17 17:10
以前還沒試過多個應變片一起用的方法，大家討論的方法非常棒，學習了

哪里有多個應變片？？？一個應變片傳感器自身內涵至少兩個應變片互相進行溫度補償。

作者: Hephaestus 時間: 2023-4-18 18:01

ahkeji51 發表于 2023-4-18 15:21
“你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。”不嚴肅。電阻測量的本質是基于R/I的轉換（如萬用表電阻檔） ...

你就不會用自己的腦子說話？抄書也想讓我回復你那是做夢，更何況你抄的還是過時的無效的東西。

作者: QWE4562012 時間: 2023-8-7 18:51

Hephaestus 發表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文檔都是體制內為了晉升故意灌水，根本沒法看，英文的文檔我覺得你看不懂，我拿9樓的圖解釋 ...

這里沒看懂溫度對阻值的影響

作者: cnfloatleaf 時間: 2023-8-7 19:41

Hephaestus 發表于 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度 ...

有點明白了，學習了

作者: 海闊天空8 時間: 2023-8-7 20:05
廚房秤就是用應變片壓力傳感器吧？但是這個電阻變化太微小了，一般萬用表量不出來，有專用集成電路處理

廚房秤傳感器.jpg (258.53 KB, 下載次數: 91)

作者: 海闊天空8 時間: 2023-8-7 20:14
常見的廚房秤傳感器就是應變片電橋電路吧？壓力變化時電阻值確實變化很小，萬用表根本就反映不出來。必須有專用集成電路處理這種微笑的電阻變化，使之和壓力對應起來

廚房秤傳感器.jpg (258.53 KB, 下載次數: 100)

作者: Hephaestus 時間: 2023-8-9 12:56

QWE4562012 發表于 2023-8-7 18:51
這里沒看懂溫度對阻值的影響

15樓已經這么具體了，還是看不懂的話，你還是回去完成九年義務教育吧。

作者: Hephaestus 時間: 2023-10-30 21:58

海闊天空8 發表于 2023-8-7 20:14
常見的廚房秤傳感器就是應變片電橋電路吧？壓力變化時電阻值確實變化很小，萬用表根本就反映不出來。必須有 ...

多讀幾遍我在15樓的發言，不是變化很小，而是要把溫度引起的變化和應力引起的變化分隔出來。

作者: Hephaestus 時間: 2025-5-27 03:56

海闊天空8 發表于 2023-8-7 20:05
廚房秤就是用應變片壓力傳感器吧？但是這個電阻變化太微小了，一般萬用表量不出來，有專用集成電路處理

你不測試一下就不要信口開河。

作者: GlenXu 時間: 2025-5-28 08:53
這是固體材料力學的原理，樓上大家都把測量講的很清楚了，
這里補充點“原理”：
當彈性固體放生形變時，材料內部和外部的應力是按一定的梯度分布的，所以，材料表面的形變比例，可以代表應力集合的比例，通過表面應力間接反映了材料某個方向的受力。

作者: 源洋川 時間: 2025-5-28 11:07
惠斯通電橋通過差分輸出和橋臂協同變化顯著提升了應變片信號的靈敏度和抗干擾能力，解決了直接放大導致的信噪比不足問題。后續放大電路只需處理“純凈”的差分信號，從而實現高精度測量。

作者: keemee 時間: 2025-5-28 12:34
就是電橋測量，組成電橋的元件具有類似的溫度系數，環境溫度變化時，不會漂移太多，相對精確一些

作者: 海闊天空8 時間: 2025-5-28 12:56

Hephaestus 發表于 2021-7-31 11:52
你看到的介紹和沙發的評論全都是錯誤的。電阻值很容易測量，比如溫度測量最常用用Cu50（常溫）PT100（300度 ...

壓力應變片吧？廚房秤只有一個應變片。一般體重秤4個，我最關心的是它的穩定性如何？廚房秤每次開機都有個調零校準過程。不知體重秤是如何較準的？

作者: 海闊天空8 時間: 2025-5-28 13:02

Hephaestus 發表于 2021-7-31 18:51
算了，中文的文檔都是 ...

電子血壓表的傳感器是氣壓傳感器吧？他檢測壓力變成的電脈沖吧？它的穩定性如何？

作者: 海闊天空8 時間: 2025-5-28 13:13

Hephaestus 發表于 2025-5-27 03:56
你不測試一下就不

一端固定一端施壓上下兩個面不是一面拉伸一面壓縮嗎？請你指出錯誤。

作者: 15962 時間: 2025-5-28 16:08
惠斯通電橋是由四個電阻組成的電橋電路，這四個電阻分別叫做電橋的橋臂，惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物理量的變化，單片機采集可變電阻兩端的電壓然后處理，就可以計算出相應的物理量的變化，是一種精度很高的測量方式。

作者: Hephaestus 時間: 2025-6-2 23:27

15962 發表于 2025-5-28 16:08
惠斯通電橋是由四個電阻組成的電橋電路，這四個電阻分別叫做電橋的橋臂，惠斯通電橋利用電阻的變化來測量物 ...

前面的都解釋得很清楚了，不要說廢話耽誤別人時間。

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