傳感器引言及(電阻式)

1、傳感器測(cè)量原理傳感器測(cè)量原理本次課學(xué)習(xí)要求：本次課學(xué)習(xí)要求：1.1.了解傳感器的分類(lèi)了解傳感器的分類(lèi) 2.2.掌握常用傳感器測(cè)量原理掌握常用傳感器測(cè)量原理3.3.了解傳感器測(cè)量電路了解傳感器測(cè)量電路工程測(cè)試技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)傳感器測(cè)量原理傳感器測(cè)量原理概述概述1. 1. 傳感器定義傳感器定義 傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。換成另一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)

2、換成電信號(hào)的裝置。號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。感受感受+轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換2. 2. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 1 1）敏感元件（）敏感元件（Sensitive elementSensitive element）：直接感）：直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。 2 2）轉(zhuǎn)換元件（）轉(zhuǎn)換元件（Transduction elementTransduction element）：將）：將感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的部分。感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的部分。 概述概述dV3. 3. 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)概述概述1)1)按被測(cè)物理量分類(lèi)按被測(cè)物理量分類(lèi)常見(jiàn)的被測(cè)物理量常見(jiàn)的被測(cè)物理量機(jī)械量機(jī)械量

3、: :長(zhǎng)度長(zhǎng)度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場(chǎng)磁場(chǎng). .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩 概述概述機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等流體式等. .2)2)按工作的物理基礎(chǔ)分類(lèi)按工作的物理基礎(chǔ)分類(lèi): :應(yīng)變式電磁式 概述概述能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量

4、轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號(hào)變換特征按信號(hào)變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .概述概述4)4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換實(shí)現(xiàn)

5、信號(hào)變換. .如如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .2 2 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器種傳感器, , 按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :變阻器式、電阻應(yīng)變式變阻器式、電阻應(yīng)變式（熱敏式、光敏式、電敏式）（熱敏式、光敏式、電敏式）.1 1 變阻器式傳感器變阻器式傳感器傳感器測(cè)量原理傳感器測(cè)量原理 等效電路分析等效電路分析: :xL3.2 電阻式傳感

6、器電阻式傳感器L-L-變阻器總長(zhǎng)變阻器總長(zhǎng); ;x-x-電刷移動(dòng)量電刷移動(dòng)量. .R-R-總電阻總電阻; ; R RL L電刷電阻電刷電阻; ;EE1EELxEERRxLL11RE13.2 電阻式傳感器電阻式傳感器0 LEE1x無(wú)負(fù)載無(wú)負(fù)載3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器EE1V VRmRxR-Rx有負(fù)載有負(fù)載)1 (1LxRRxLEEm3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器)1 (1LxRRxLEEm負(fù)載效應(yīng)(1)(1)變阻器式傳感器的分類(lèi)變阻器式傳感器的分類(lèi)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器按測(cè)量類(lèi)型：按測(cè)量類(lèi)型：?jiǎn)稳﹄娢黄鲉稳﹄娢黄鞫嗳﹄娢黄鞫嗳﹄娢黄髦本€滑動(dòng)式電位器直線滑動(dòng)式電位器3.2 電阻

7、式傳感器電阻式傳感器按制作方式：按制作方式：線繞電位器線繞電位器導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底普通塑料基底導(dǎo)電導(dǎo)電材料粉材料粉電刷電刷 KTC3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器(2) (2) 變阻器式傳感器的性能參數(shù)變阻器式傳感器的性能參數(shù): : 1) 1)線性線性( (或曲線的一致性或曲線的一致性); 4); 4)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍; ; 2) 2) 分辨率分辨率; 5); 5)電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù); ; 3) 3)整個(gè)電阻值的偏差整個(gè)電阻值的偏差; 6); 6)壽命壽命; ;變阻器式傳感器產(chǎn)品變阻器式傳感器產(chǎn)品3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：重量的

8、自動(dòng)檢測(cè)重量的自動(dòng)檢測(cè)-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較比較重量設(shè)定原材料原材料3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻案例：案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)煤氣包煤氣包鋼絲鋼絲3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器 -電阻電阻案例：案例：機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ）3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：電機(jī)原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻2 2 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)

9、變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形電阻值隨著所受機(jī)械變形( (伸長(zhǎng)或縮短伸長(zhǎng)或縮短) )的變化而發(fā)的變化而發(fā)生變化象。生變化象。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器1) 1) 工作原理工作原理上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化, ,求導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)數(shù)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻R R為為AlR/dAldAAldlAdR2代入代入AlR/dRAdARldlRdR3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器dAdAldlRdR有：有：金屬絲：金屬絲：2rAdrdrl

10、dlRdR2金屬絲體積不變：金屬絲體積不變：ldlrdr3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器有：有：dRdR2對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：)21(RdR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：應(yīng)變計(jì)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)drdrldlRdR2簡(jiǎn)化為：簡(jiǎn)化為：dRdRE 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大; ;體積小體積小; ; 缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。3) 3) 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) 4 4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、）其它

11、表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器1 1）幾何參數(shù)：表距）幾何參數(shù)：表距L L和絲柵寬度和絲柵寬度b b，制造廠常用，制造廠常用 b bL L表示。表示。2 2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 3 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器3) 3) 應(yīng)變片測(cè)量電路應(yīng)變片測(cè)量電路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(324131423.2 電阻式傳感器電阻式傳感器E

12、RRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE4)21(RdR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：V V與應(yīng)變成線性關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變與應(yīng)變成線性關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器EV4RRRRR43211）相鄰橋臂極性一致，輸出為二者之差，反之為二）相鄰橋臂極性一致，輸出為二者之差，反之為二者之和者之和VER1R2R3R42）相對(duì)橋臂極性一致，輸出為二者之和，反之為二）相對(duì)橋臂極性一致，輸出為二者之和，反之為二者之差者之差3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)電阻應(yīng)

13、變片的選擇、粘貼技術(shù) 1.1.目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕. .斷絲等斷絲等 缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.2.用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大 小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5歐姆歐姆. .3.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。4.4.應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片粘貼: :在應(yīng)變片基底上擠一小滴在應(yīng)變片基底上擠一小滴5025

14、02膠水，膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器5.5.焊線焊線: :用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng) 大于大于500M500M歐。歐。7.7.應(yīng)變片保護(hù)：用應(yīng)變片保護(hù)：用704704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止 受潮。受潮。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品案例：案例：橋梁固有頻率測(cè)量橋梁固有頻率測(cè)量3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。3.2 電阻式