電阻式傳感器83326學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電阻電阻(dinz)式傳感器式傳感器83326第一頁(yè)，共86頁(yè)。進(jìn)行測(cè)量進(jìn)行測(cè)量(cling)。(一般說(shuō)來(lái)，一般說(shuō)來(lái)，電阻式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)電阻式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，且靈敏度較高，有的還適合定，且靈敏度較高，有的還適合于動(dòng)態(tài)測(cè)量于動(dòng)態(tài)測(cè)量(cling)。第1頁(yè)/共86頁(yè)第二頁(yè)，共86頁(yè)。變阻器按材料分單圈電位器直線滑動(dòng)式電位器多圈電位器混合式電位器導(dǎo)電塑料電位器金屬陶瓷電位器線繞電位器按結(jié)構(gòu)(jigu)分第2頁(yè)/共86頁(yè)第三頁(yè)，共86頁(yè)。第3頁(yè)/共86頁(yè)第四頁(yè)，共86頁(yè)。1 2 3 132直線型直線型旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型第4頁(yè)/共86頁(yè)第五頁(yè)，共86頁(yè)。第5頁(yè)/共86頁(yè)第六頁(yè)，共8

2、6頁(yè)。132xxp0 x 100%100%Output0負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng) Ein EoutRxRLRp-Rx第6頁(yè)/共86頁(yè)第七頁(yè)，共86頁(yè)。第7頁(yè)/共86頁(yè)第八頁(yè)，共86頁(yè)。第8頁(yè)/共86頁(yè)第九頁(yè)，共86頁(yè)。第9頁(yè)/共86頁(yè)第十頁(yè)，共86頁(yè)。和濕度的影響，故精度不易做得和濕度的影響，故精度不易做得很高。很高。第10頁(yè)/共86頁(yè)第十一頁(yè)，共86頁(yè)。第11頁(yè)/共86頁(yè)第十二頁(yè)，共86頁(yè)。 傳感技術(shù)傳感技術(shù)(jsh)與信號(hào)處理與信號(hào)處理 第第2章章第12頁(yè)/共86頁(yè)第十三頁(yè)，共86頁(yè)。重量設(shè)定原材料2.2.案例案例(n l)(n l)： 重量的自動(dòng)檢測(cè)重量的自動(dòng)檢測(cè)-配配料設(shè)備料設(shè)備原理原理用彈簧

3、用彈簧(tnhung)(tnhung)將力轉(zhuǎn)將力轉(zhuǎn)換為位移換為位移; ;再用變阻器將位移再用變阻器將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化第13頁(yè)/共86頁(yè)第十四頁(yè)，共86頁(yè)。3.3.案例：煤氣案例：煤氣(miq)(miq)包儲(chǔ)量檢測(cè)包儲(chǔ)量檢測(cè)原理直接將代表(dibio)煤氣包儲(chǔ)量的高度變化轉(zhuǎn)換為鋼絲的電阻變化煤氣包鋼絲特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）測(cè)量量程大；）測(cè)量量程大；（2）防爆）防爆(fn bo)；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。第14頁(yè)/共86頁(yè)第十五頁(yè)，共86頁(yè)。4.4.案例案例(n l)(n l)：玩具機(jī)器人：玩具機(jī)器人原理直接將關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化轉(zhuǎn)換為電阻器阻值變化第15

4、頁(yè)/共86頁(yè)第十六頁(yè)，共86頁(yè)。 傳感技術(shù)傳感技術(shù)(jsh)與信號(hào)處理與信號(hào)處理 第第2章章第16頁(yè)/共86頁(yè)第十七頁(yè)，共86頁(yè)。阻抗太高，抗外界的電磁干擾能阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。千歐左右。第17頁(yè)/共86頁(yè)第十八頁(yè)，共86頁(yè)。第18頁(yè)/共86頁(yè)第十九頁(yè)，共86頁(yè)。出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變(yngbin)金屬絲的應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變(yngbin)情況。情況。第19頁(yè)/共86頁(yè)第二十頁(yè)，共86頁(yè)。第20頁(yè)/共86頁(yè)第二十一頁(yè)，共86頁(yè)。

5、第21頁(yè)/共86頁(yè)第二十二頁(yè)，共86頁(yè)。第22頁(yè)/共86頁(yè)第二十三頁(yè)，共86頁(yè)。 由材料力學(xué)可知，由材料力學(xué)可知，x=F /（AE），所以），所以R /R又可表示為又可表示為 如果應(yīng)變片的靈敏度如果應(yīng)變片的靈敏度K 和試件的橫截面積和試件的橫截面積A以及以及(yj)彈性模量均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出彈性模量均為已知，則只要設(shè)法測(cè)出R /R的數(shù)值，即可獲知試件受力的大小，例如可的數(shù)值，即可獲知試件受力的大小，例如可用于電子秤的稱重。用于電子秤的稱重。 第23頁(yè)/共86頁(yè)第二十四頁(yè)，共86頁(yè)。金屬金屬(jnsh)應(yīng)變應(yīng)變片實(shí)體片實(shí)體金屬應(yīng)變金屬應(yīng)變(yngbin)片有片有:絲式和絲式和箔式箔式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)

6、點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn)缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小.第24頁(yè)/共86頁(yè)第二十五頁(yè)，共86頁(yè)。表示表示:n式中，式中，x,y為縱向、橫向壓阻系數(shù)，為縱向、橫向壓阻系數(shù)，此系數(shù)與半導(dǎo)體材料種類及應(yīng)力方向此系數(shù)與半導(dǎo)體材料種類及應(yīng)力方向與各晶軸方向之間的夾角有關(guān)；與各晶軸方向之間的夾角有關(guān)；Fx，F(xiàn)y為縱向、橫向承受的應(yīng)力。為縱向、橫向承受的應(yīng)力。n優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大;體積小體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)缺點(diǎn)(qudin)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。 第25頁(yè)/共86頁(yè)

7、第二十六頁(yè)，共86頁(yè)。第26頁(yè)/共86頁(yè)第二十七頁(yè)，共86頁(yè)。第27頁(yè)/共86頁(yè)第二十八頁(yè)，共86頁(yè)。第28頁(yè)/共86頁(yè)第二十九頁(yè)，共86頁(yè)。第29頁(yè)/共86頁(yè)第三十頁(yè)，共86頁(yè)。電源的不同，電橋分直流電橋和交流電橋。 傳感技術(shù)傳感技術(shù)(jsh)與信號(hào)處理與信號(hào)處理 第第2章章第30頁(yè)/共86頁(yè)第三十一頁(yè)，共86頁(yè)。上兩式這說(shuō)明要使電橋平衡上兩式這說(shuō)明要使電橋平衡(pnghng)，其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等或，其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。相對(duì)兩臂電阻的乘積相等。 當(dāng)電橋當(dāng)電橋(din qio)平衡時(shí)，平衡時(shí)，Uo=0，則有，則有 R1R4=R2R3或或 第31頁(yè)/共86

8、頁(yè)第三十二頁(yè)，共86頁(yè)。 2.直流電橋電壓靈敏度 R1為電阻應(yīng)變片，R2#, R3#, R4為電橋固定電阻，這就構(gòu)成了單臂電橋。應(yīng)變片工作時(shí), 其電阻值變化(binhu)很小, 電橋相應(yīng)輸出電壓也很小, 一般需要加入放大器放大。由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多, 所以此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_(kāi)路情況。 當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí), 若應(yīng)變片電阻變化(binhu)為R, 其它橋臂固定不變, 電橋輸出電壓Uo0, 則電橋不平衡輸出電壓為 第32頁(yè)/共86頁(yè)第三十三頁(yè)，共86頁(yè)。 設(shè)橋臂比n=R2/R1，由于R1R1，分母中R1/R1可忽略(hl)， 并考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3， 則上式可寫(xiě)為 電橋電壓

9、電橋電壓(diny)靈敏度定義為靈敏度定義為 第33頁(yè)/共86頁(yè)第三十四頁(yè)，共86頁(yè)。 從靈敏度定義分析發(fā)現(xiàn)： 電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓， 供電電壓越高， 電橋電壓靈敏度越高，但供電電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制，所以要作適當(dāng)選擇； 電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 當(dāng)E值確定(qudng)后，n取何值時(shí)才能使KU最高。 第34頁(yè)/共86頁(yè)第三十五頁(yè)，共86頁(yè)。 由由dKU/dn = 0求求KU的最大值，得的最大值，得 求得求得n=1時(shí)，時(shí)，KU為最大值。這就是說(shuō)，在供橋電壓確定為最大值。這就是說(shuō)，在供橋電壓確定(qudn

10、g)后，當(dāng)后，當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)，電橋電壓靈敏度最高，此時(shí)有時(shí)，電橋電壓靈敏度最高，此時(shí)有 從上述可知，當(dāng)電源電壓從上述可知，當(dāng)電源電壓(diny)E和電阻相對(duì)變化量和電阻相對(duì)變化量R1/R1一定時(shí)，一定時(shí)， 電橋的輸出電壓電橋的輸出電壓(diny)及其靈敏度也是定值，且與各橋臂電阻阻值大及其靈敏度也是定值，且與各橋臂電阻阻值大小無(wú)關(guān)。小無(wú)關(guān)。 第35頁(yè)/共86頁(yè)第三十六頁(yè)，共86頁(yè)。第36頁(yè)/共86頁(yè)第三十七頁(yè)，共86頁(yè)。 對(duì)于一般應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，所受應(yīng)變對(duì)于一般應(yīng)變片來(lái)說(shuō)，所受應(yīng)變通常在通常在5000以下，若取以下，若取KU=2，則，則R1/R1=KU=0.01，代入式（，代入式（2.

11、4-3）計(jì)算得非線性誤差為）計(jì)算得非線性誤差為0.5%；若；若KU=130，=1000時(shí)，時(shí)，R1/R1=0.130，則得到非線性誤差為，則得到非線性誤差為6%，故當(dāng)非，故當(dāng)非線性誤差不能滿足測(cè)量要求時(shí)，必須線性誤差不能滿足測(cè)量要求時(shí)，必須(bx)予以消除。予以消除。 第37頁(yè)/共86頁(yè)第三十八頁(yè)，共86頁(yè)。 為了減小和克服非線性誤差，常采用差動(dòng)電橋如圖所示， 在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變， 接入電橋相鄰橋臂，稱為(chn wi)半橋差動(dòng)電路， 如圖 所示。 該電橋輸出電壓為 若R1=R2，R1=R2，R3=R4，則得 由式上式可知，由式上式可知，Uo與與R1/R1成

12、線性關(guān)系，差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差，而成線性關(guān)系，差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度且電橋電壓靈敏度KU=E/2，是單臂工作時(shí)的兩倍，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)，是單臂工作時(shí)的兩倍，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償償(bchng)作用。作用。(為何具有溫度補(bǔ)償為何具有溫度補(bǔ)償(bchng)作用？作用？) 第38頁(yè)/共86頁(yè)第三十九頁(yè)，共86頁(yè)。 若將電橋四臂接入四片應(yīng)變片，如圖所示，即兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變，將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同(xin tn)的接入相對(duì)橋臂上，構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，則 此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線性誤差，而且(r qi)電壓靈敏度為單片工作時(shí)的4倍

13、，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。 第39頁(yè)/共86頁(yè)第四十頁(yè)，共86頁(yè)。 根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一根據(jù)直流電橋分析可知，由于應(yīng)變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應(yīng)變電橋多采用交流電橋。多采用交流電橋。 上圖為半橋差動(dòng)交流電橋的一般形式，上圖為半橋差動(dòng)交流電橋的一般形式，U為交流電壓源，為交流電壓源， 由于由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，即相當(dāng)于兩只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容，則每一橋阻抗特性，即相當(dāng)于兩

14、只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容，則每一橋臂上復(fù)阻抗分別為臂上復(fù)阻抗分別為 U第40頁(yè)/共86頁(yè)第四十一頁(yè)，共86頁(yè)。 式中式中, C1、C2表示表示(biosh)應(yīng)變片引線分布電容。應(yīng)變片引線分布電容。 第41頁(yè)/共86頁(yè)第四十二頁(yè)，共86頁(yè)。 由交流電路分析(fnx)可得 要滿足要滿足(mnz)電橋平衡條件，即電橋平衡條件，即Uo=0，則有，則有 Z1Z4=Z2Z3 2.4-5式取取Z1=Z2=Z3=Z4，將式（，將式（2.4-4）代入式（）代入式（2.4-5），可得），可得 第42頁(yè)/共86頁(yè)第四十三頁(yè)，共86頁(yè)。 整理(zhngl)式（2.4-6）其實(shí)部、虛部分別相等其實(shí)部、虛部分別相等(xi

15、ngdng)，并整理可得交流電橋的平衡條件為，并整理可得交流電橋的平衡條件為 及 當(dāng)被測(cè)應(yīng)力變化引起當(dāng)被測(cè)應(yīng)力變化引起Z1=Z0+Z, Z2=Z0-Z變化時(shí)，則電橋變化時(shí)，則電橋(din qio)輸出為輸出為 第43頁(yè)/共86頁(yè)第四十四頁(yè)，共86頁(yè)。 第44頁(yè)/共86頁(yè)第四十五頁(yè)，共86頁(yè)。 第45頁(yè)/共86頁(yè)第四十六頁(yè)，共86頁(yè)。 第46頁(yè)/共86頁(yè)第四十七頁(yè)，共86頁(yè)。 第47頁(yè)/共86頁(yè)第四十八頁(yè)，共86頁(yè)。 第48頁(yè)/共86頁(yè)第四十九頁(yè)，共86頁(yè)。 傳感技術(shù)傳感技術(shù)(jsh)與信號(hào)處理與信號(hào)處理 第第2章章第49頁(yè)/共86頁(yè)第五十頁(yè)，共86頁(yè)。 第50頁(yè)/共86頁(yè)第五十一頁(yè)，共86頁(yè)。

16、 第51頁(yè)/共86頁(yè)第五十二頁(yè)，共86頁(yè)。 第52頁(yè)/共86頁(yè)第五十三頁(yè)，共86頁(yè)。 第53頁(yè)/共86頁(yè)第五十四頁(yè)，共86頁(yè)。 第54頁(yè)/共86頁(yè)第五十五頁(yè)，共86頁(yè)。 第55頁(yè)/共86頁(yè)第五十六頁(yè)，共86頁(yè)。 FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜(dinln)第56頁(yè)/共86頁(yè)第五十七頁(yè)，共86頁(yè)。 第57頁(yè)/共86頁(yè)第五十八頁(yè)，共86頁(yè)。 第58頁(yè)/共86頁(yè)第五十九頁(yè)，共86頁(yè)。 第59頁(yè)/共86頁(yè)第六十頁(yè)，共86頁(yè)。 第60頁(yè)/共86頁(yè)第六十一頁(yè)，共86頁(yè)。 第61頁(yè)/共86頁(yè)第六十二頁(yè)，共86頁(yè)。 第62頁(yè)/共86頁(yè)第六十三頁(yè)，共86頁(yè)。 FR1R2 R4第63頁(yè)/共86頁(yè)第六十四頁(yè)，共8

17、6頁(yè)。 FFFF第64頁(yè)/共86頁(yè)第六十五頁(yè)，共86頁(yè)。 CYB-601拉式稱重拉式稱重(chn zhn)傳感器傳感器 CYB-603輪輻輪輻(lnf)式稱重式稱重傳感器傳感器 第65頁(yè)/共86頁(yè)第六十六頁(yè)，共86頁(yè)。 第66頁(yè)/共86頁(yè)第六十七頁(yè)，共86頁(yè)。 第67頁(yè)/共86頁(yè)第六十八頁(yè)，共86頁(yè)。 第68頁(yè)/共86頁(yè)第六十九頁(yè)，共86頁(yè)。 第69頁(yè)/共86頁(yè)第七十頁(yè)，共86頁(yè)。 第70頁(yè)/共86頁(yè)第七十一頁(yè)，共86頁(yè)。第71頁(yè)/共86頁(yè)第七十二頁(yè)，共86頁(yè)。第72頁(yè)/共86頁(yè)第七十三頁(yè)，共86頁(yè)。第73頁(yè)/共86頁(yè)第七十四頁(yè)，共86頁(yè)。 第74頁(yè)/共86頁(yè)第七十五頁(yè)，共86頁(yè)。 第75頁(yè)/

18、共86頁(yè)第七十六頁(yè)，共86頁(yè)。 磅秤磅秤(bngchng)超市超市(cho sh)打印秤打印秤遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離顯示顯示(xinsh)7).其它應(yīng)用其它應(yīng)用第76頁(yè)/共86頁(yè)第七十七頁(yè)，共86頁(yè)。 電子天平的精度電子天平的精度(jn d)可達(dá)十可達(dá)十萬(wàn)分之一萬(wàn)分之一第77頁(yè)/共86頁(yè)第七十八頁(yè)，共86頁(yè)。 第78頁(yè)/共86頁(yè)第七十九頁(yè)，共86頁(yè)。 便攜式便攜式 傳感技術(shù)傳感技術(shù)(jsh)與信號(hào)處理與信號(hào)處理 第第2章章第79頁(yè)/共86頁(yè)第八十頁(yè)，共86頁(yè)。 可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量，耗電量