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力的傳感器電流怎么變成力

時(shí)間:2024-06-15 14:10:52 作者:小編 點(diǎn)擊:

電阻應(yīng)變式力傳感器通常通過(guò)測(cè)量物體受力后產(chǎn)生的應(yīng)變(形變)來(lái)間接測(cè)量力的大小。應(yīng)變式傳感器內(nèi)部的關(guān)鍵部件是應(yīng)變電阻,它根據(jù)彈性體應(yīng)變的程度改變其電阻值的橋式平衡。為了從應(yīng)變式傳感器輸出的電流或電壓信號(hào)中推算出力的大小,可通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)確認(rèn)傳感器輸出與所受力之間的關(guān)系。

可參考下列簡(jiǎn)化模型來(lái)計(jì)算:

假設(shè)應(yīng)變式力傳感器輸出的電壓或電流與應(yīng)變(ε)之間呈線性關(guān)系,并且應(yīng)變(ε)與所受的力(F)也呈線性關(guān)系(這在力傳感器的彈性范圍內(nèi)通常是近似的)。

首先,我們需要一個(gè)校準(zhǔn)公式來(lái)確定應(yīng)變(ε)與所受力(F)之間的關(guān)系。通常由力傳感器的制造商提供,或通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程確定。簡(jiǎn)化的關(guān)系可能是:

ε = k_ε × F

其中 k_ε 是應(yīng)變-力的比例常數(shù),單位是每單位力的應(yīng)變。

然后,需要通過(guò)一個(gè)關(guān)系式來(lái)描述應(yīng)變電阻(R)的電阻變化(ΔR)與應(yīng)變(ε)之間的關(guān)系。這通常也是線性的:

ΔR = k_R × ε

其中 k_R 是電阻-應(yīng)變的比例常數(shù),單位是每單位應(yīng)變的電阻變化。

再后,我們需要知道如何將電阻變化(ΔR)轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化(ΔV 或 ΔI)。通常由惠斯通電橋等電路實(shí)現(xiàn),其中電阻變化會(huì)導(dǎo)致橋路輸出電壓的變化。假設(shè)有一個(gè)電壓輸出的惠斯通電橋,并且橋路電壓變化(ΔV)與電阻變化(ΔR)之間的關(guān)系是線性的:

ΔV = k_V × ΔR

將以上三個(gè)關(guān)系式結(jié)合起來(lái),我們可以得到力(F)與輸出電壓(ΔV)之間的關(guān)系:

ΔV = k_V × k_R × k_ε × F

令 K = k_V × k_R × k_ε,則:

ΔV = K × F

這就是將應(yīng)變式傳感器輸出的電壓轉(zhuǎn)換為力的計(jì)算公式。

例如:

假設(shè)有一個(gè)應(yīng)變式力傳感器,其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)給出 k_ε = 2×10^-6 / N(每牛頓的應(yīng)變),k_R = 2 Ω/ε(每應(yīng)變的電阻變化),并且橋路電壓變化與電阻變化的關(guān)系是線性的,k_V = 1 V/Ω(每歐姆的電壓變化)?,F(xiàn)在,如果我們測(cè)量到傳感器的輸出電壓變化為 10 mV,那么所受的力 F 是多少?

ΔV = 10 mV = 0.01 V

K = k_V × k_R × k_ε = 1 V/Ω × 2 Ω/ε × 2×10^-6 / N = 4×10^-6 V/N

F = ΔV / K = 0.01 V / (4×10^-6 V/N) = 2500 N

因此,所受的力 F 約為 2500 牛頓。請(qǐng)注意,這只是一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算案例,實(shí)際應(yīng)用中可能需要更復(fù)雜的模型和校準(zhǔn)過(guò)程。


標(biāo)簽: 應(yīng)變式 工作原理
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