《传感器技术与应用》课件第二章电阻式传感器.ppt
2023/8/31,1,第2章 电阻式传感器,2023/8/31,2,引言,电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。电阻式传感器的结构简单、性能稳定、灵敏度较高，有的还适合于动态测量。,2023/8/31,3,2.1 电位器式电阻传感器,电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数的测量,2023/8/31,4,2.1.1 电位器式电阻传感器的原理,1线性电位器式传感器,2023/8/31,5,非线性电位器,对角位移式电位器来说，U与滑动臂的旋转角度成正比，即,2023/8/31,6,2023/8/31,7,2.1.2 电位器式电阻传感器的基本特性及误差,电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。,2023/8/31,8,2.1.2 电位器式电阻传感器的基本特性及误差,阶梯特性及误差当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出电压不是连续变化，而是阶跃式地变化。阶梯误差。,2023/8/31,9,2.1.3 电位器式电阻传感器结构与材料,1.线绕式电位器2.非线绕式电位器 1)合成膜电位器2）金属膜电位器3)导电塑料电位器4)光电电位器,2023/8/31,10,2.1.4 电位器式位移传感器,YHD型电位器式位移传感器,1测杆；2滑线电阻；3电刷；4弹簧；5滑快；6导轨；7外壳；8无感电阻。,2023/8/31,11,2.2 应变式电阻传感器,2.2.1 应变效应和应变式电阻传感器的工作原理应变效应是指导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，进而导致其电阻值的变化。当电阻率、长度 和面积s一定时，物体的电阻与其电阻率、长度和横截面积之间的关系，可用式表示为,2023/8/31,12,2.2.2 电阻应变片的种类、材料及黏贴,电阻丝式应变片基本结构,应变片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片有丝式、箔式、薄膜式3种电阻应变片,2023/8/31,13,2023/8/31,14,应变片的黏贴技术,应变片的检查 试件的表面处理 确定贴片位置 黏贴应变片 固化处理 粘贴质量检查 引出线的固定与保护 防潮防蚀处理,2023/8/31,15,2023/8/31,16,2.2.3 电阻应变片的主要特性,1.横向效应 2.机械滞后、零漂和蠕变 3.温度效应,2023/8/31,17,应变片参数,（1）标准电阻值（R0）（2）绝缘电阻（RG）（3）灵敏度系数（K）（4）应变极限（max）（5）允许电流（Ie）允许电流是指应变片允许通过的最大电流。（6）机械滞后,2023/8/31,18,2.2.4 电阻应变片的温度误差及补偿,电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。原因有：电阻丝的电阻率随温度发生变化；电阻丝和试件的线膨胀系数不同使其产生附加形变。1.自补偿法2.线路补偿法,2023/8/31,19,2.2.5 测量电路,1.直流电路2.交流电桥机械应变一般在10 3000 之间，而应变灵敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化。,2023/8/31,20,1.直流电桥电路,直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、R3、R4组成，其中a、c两端接直流电压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电压为Uo。在测量前，取R1R3=R2R4，输出电压为Uo=0。,2023/8/31,21,1.直流电桥电路,当桥臂电阻发生变化，在电桥输出端的负载电阻为无限大时，电桥输出电压可近似表示为,2023/8/31,22,1.直流电桥电路,一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，,2023/8/31,23,电桥工作方式,半桥单臂工作方式 半桥双臂工作方式 全桥4臂工作方式,2023/8/31,24,半桥单臂工作方式,传感器输出的电阻变化量R只接入电桥的一个桥臂中，在工作时，其余3个电阻的阻值没有变化（即R2=R3=R4=0）。电桥的输出电压为 灵敏度为,2023/8/31,25,半桥双臂工作方式,安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，电桥的输出电压为灵敏度为线性关系，温度补偿等优点。,2023/8/31,26,全桥4臂工作方式,若将电桥4臂接入4片应变片，即2个受拉应变，2个受压应变，将2个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂的电阻值都发生变化，电桥的输出电压为灵敏度为全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是单片的4倍，具有温度补偿作用。,2023/8/31,27,电桥的线路补偿,零点补偿要求电桥的4个桥臂电阻值相同是不可能的，这样就使电桥不能满足初始平衡条件（即U00）。为了解决这一问题，可以在一对桥臂电阻乘积较小的任一桥臂中串联一个可调电阻进行调节补偿。,2023/8/31,28,2.交流电桥,由于供桥电源为交流电源，引线分布电容（和）使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性。,2023/8/31,29,2.交流电桥,交流电桥平衡调节由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥的平衡，故在使用之前，要对电桥进行平衡调节。,2023/8/31,30,2.2.6 应变式测力传感器,应变式传感器由弹性元件、应变片、附件等组成。主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。1.柱(筒)式传感器 2.悬臂式传感器,2023/8/31,31,应变式力传感器,应变式力传感器,F,F,F,F,2023/8/31,32,各种悬臂梁,2023/8/31,33,各种悬臂梁,F,F,固定点,固定点,电缆,2023/8/31,34,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,F,2023/8/31,35,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,2023/8/31,36,汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料）,2023/8/31,37,压力传感器,压力传感器主要用于测量流体的压力,2023/8/31,38,位移传感器,应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量,2023/8/31,39,加速度传感器,2023/8/31,40,休息一下,
