工作原理:弹性体(弹性元件、敏感梁)在外部作用下产生弹性变形,因此粘贴在弹性体表面上的电阻应变计(转换元件)也随之产生变形。
电阻应变仪变形后,其电阻值会发生变化(增加或减少),然后通过相应的测量电路将电阻变化转换成电信号(电压或电流),从而完成将外力转换成电信号的过程。
电阻应变式传感器是使用电阻应变计作为转换元件的电阻传感器。电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变片、补偿电阻和外壳组成,可根据具体测量要求设计成各种结构形式。弹性敏感元件被测得的力变形,并使附着其上的电阻应变片变形。电阻应变计将变形转化为电阻值的变化,从而可以测量各种物理量,如力、压力、扭矩、位移、加速度和温度。
电阻应变片是一种常用的应力感应元器件,在电子秤、体脂秤等称重产品中应用比较广泛,如小米和华为的体脂秤都是用电阻应变片来测量的,将重量的变化转化成电阻值的变化,进而转化为电压的变化。将电阻应变片加上合适的结构件外壳后即成为应变感应传感器,应变片的实物图如下图所示。
应变片用来设计产品时,为了更加精确的测量电阻的变化,一般会设计一个惠斯通电桥电路,该电路由四个电阻构成,其中三个是参数计算好的定值电阻,另外一个是应变片。电路如下:
在初始状态下,R1R3的乘积与R2R4的乘积相等,所以所检测到的电压差为零。当外界应力发生变化后,应变电阻R4的阻值发生变化,平衡被打破,检测到电压差。
假设电压为VCC,流过R1和R2的电流假设是I1,流过R4和R3的电流假设是I2,则电流的计算方法如下:
I1=VCC/(R1+R2), I2=VCC/(R3+R4),
R2两端的电压V1=VCC×R2/(R1+R2);
R3两端的电压V2=VCC×R3/(R3+R4);
通过以上计算公司得到压差ΔU= VCC×(R2R4-R3R1)/[(R1+R2)(R3+R4)],
再将ΔU送入差分放大电路,放大到合适的数值后即可被单片机采样得到,从而计算出重量值,即实现了重量的检测。
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