雕爷学编程Arduino动手做（46）---电阻应变片传感器

Posted 2021-03-22 eagler8

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。 

 

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

实验四十六：350Ω高精度电阻式应变片传感器 (弯曲感测器)

 

应变片

是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

为了系列实验和了解应变片，我特意去网上买了一片，就是其体积挺惊人，在包装盒里面好不容易才找到它

应变效应
金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”。根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上被测材料受到外界作用产生的应变就会传送到应变片上使应变片的电阻值发生变化通过测量应变片电阻值的变化就可得知被测机械量的大小。

应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。

电阻应变片
电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻 应变片。箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。

工作原理
电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，从而实现应变的测量。

金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸?蜓顾?)的大小而发生相应的变化。电阻应变效应的理论公式如下:

R=ρ*(L/S)

式中：ρ—电阻率(Ω·mm2/m) L—金属丝的长度(m) S—金属丝的截面积(mm2)

由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加;当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电阻值的变化，便可知金属丝的应变情况。这种转换关系为

ΔR/R=Koε

式中:R—金属丝电阻值的变化量;
Ko—金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定,且在弹性极限内基本为常数值;
ε—金属材料的轴向应变值,即ε=ΔL/L，因此又称ε为长度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24~0.4之间。

在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测饥械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。

主要参数
◎型号：BF350-3AA
◎灵敏系数：2.00-2.20
◎灵敏系数分散：≤±1%
◎应变极限：2.0%
◎疲劳寿命：≥1M
◎栅丝：长x宽3.2（W）x 3.1（D）mm
◎基底尺寸：7.1（W）x 4.5（D）mm
◎基底材料：改性酚醛基底。
◎栅丝材料：康铜箔（Constantan）制成，全封闭结构。
◎阻值：350Ω

传感器說明  Product IntroduceTOP
◎应变片的电阻变化很微小，需搭配小信号放大电路使用检测其微小的变化，通常选择一个电路，这个电路中应变片电阻的变化能对电路起到控制作用，使电路能够输出与电阻变化类似的电信号（电压或电流），然后对这个信号进行适当的处理就可以（放大处理）。
◎电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。
◎将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起弯曲，这样里面的金属箔材就随着应变弯曲。很多金属在机械性地弯曲时其电阻会随之变化。
◎也可称为弯曲感测器，检测弯曲度换算的，把应变片贴在载体上如：铁铝塑料片然后弯曲载体，就应变片检测到弯曲输出电压就会发生变化。可以把应变片贴在任何物体上，检测弯曲，然后模块弯曲转换电压。

 

原理：检测弯曲度换算的，把应变片贴在载体上如：铁铝塑料片然后弯曲载体，就应变片检测到弯曲输出电压就会发生变化，可以把应变片贴在任何物体上，检测弯曲，然后我们模块弯曲转换电压。

模块规格
◎电压：5V
◎二级管反向保护，防止电源接反了
◎板上带有蓝色LED电源指示灯
◎模拟量输出
◎弯曲度越大输出电压越高
◎带有调零电位器
◎可以用电位器调节输出起始电压
◎输出模拟电压：0 ~ 3.5V（未验证）
◎板子背后印有引脚输出定义
◎弯曲应变片就可以改变输出电压
◎弯曲感测器（内含）：
◎灵敏系数：2.0
◎应变极限：2%
◎导线长：约2cm
◎感测器尺寸：7.1（L）x 5（W）mm
◎基底材料：改性酚醛基底
◎栅丝材料：康铜
◎阻值：350欧姆
◎疲劳寿命：>10000000次
◎助焊剂：普通焊锡松香

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（46）

实验四十六：350Ω高精度电阻式应变片传感器 (BF350箔式弯曲感测器)

*/

 

void setup()

{

    Serial.begin(9600); 

    pinMode(A0,INPUT); 

    pinMode(13,OUTPUT); 

}

 

void loop() {

   Serial.println(analogRead(A0));

   delay(50);

  if (digitalRead(A0)) {

    digitalWrite(13,LOW);

  }

  else {

    digitalWrite(13,HIGH);

    delay(500);

  }

}