傳感器技術(shù)與應(yīng)用第二章課件

1、2022/7/201第2章 電阻式傳感器2022/7/202引言電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。 常用來測量力、壓力、位移、應(yīng)變、扭矩、加速度等。 電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、靈敏度較高，有的還適合于動(dòng)態(tài)測量。 2022/7/2032.1 電位器式電阻傳感器電位器是一種常用的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于各種電器和電子設(shè)備中。它是一種把機(jī)械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件，主要用于測量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數(shù)的測量 2022/7/2042.1.1 電位器式電阻傳感器的原理1線性電位器

2、式傳感器2022/7/205非線性電位器對(duì)角位移式電位器來說，U與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比，即 2022/7/2062022/7/207 2.1.2 電位器式電阻傳感器的基本特性及誤差電位器輸出端接有負(fù)載電阻時(shí)，其特性稱為負(fù)載特性。 2022/7/2082.1.2 電位器式電阻傳感器的基本特性及誤差階梯特性及誤差當(dāng)電刷在多匝導(dǎo)線上移動(dòng)時(shí)，電位器的阻值和輸出電壓不是連續(xù)變化，而是階躍式地變化。階梯誤差。2022/7/2092.1.3 電位器式電阻傳感器結(jié)構(gòu)與材料1.線繞式電位器2. 非線繞式電位器 1) 合成膜電位器2）金屬膜電位器3) 導(dǎo)電塑料電位器4) 光電電位器2022/7/2010 2.1

3、.4 電位器式位移傳感器YHD型電位器式位移傳感器1測桿；2滑線電阻；3電刷；4彈簧；5滑快；6導(dǎo)軌；7外殼；8無感電阻。2022/7/20112.2 應(yīng)變式電阻傳感器2.2.1 應(yīng)變效應(yīng)和應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理應(yīng)變效應(yīng)是指導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力(拉力或壓力)作用時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械變形，進(jìn)而導(dǎo)致其電阻值的變化。當(dāng)電阻率、長度 和面積s一定時(shí)，物體的電阻與其電阻率、長度和橫截面積之間的關(guān)系，可用式表示為2022/7/20122.2.2 電阻應(yīng)變片的種類、材料及黏貼電阻絲式應(yīng)變片基本結(jié)構(gòu) 應(yīng)變片主要有金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。金屬片有絲式、箔式、薄膜式3種電阻應(yīng)變片 2022/7/201

4、32022/7/2014 應(yīng)變片的黏貼技術(shù) 應(yīng)變片的檢查 試件的表面處理 確定貼片位置 黏貼應(yīng)變片 固化處理 粘貼質(zhì)量檢查 引出線的固定與保護(hù) 防潮防蝕處理 2022/7/20152022/7/20162.2.3 電阻應(yīng)變片的主要特性1. 橫向效應(yīng) 2. 機(jī)械滯后、零漂和蠕變 3. 溫度效應(yīng) 2022/7/2017 應(yīng)變片參數(shù) （1）標(biāo)準(zhǔn)電阻值（R0）（2）絕緣電阻（RG） （3）靈敏度系數(shù)（K） （4）應(yīng)變極限（max） （5）允許電流（Ie） 允許電流是指應(yīng)變片允許通過的最大電流。（6）機(jī)械滯后2022/7/20182.2.4 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償電阻應(yīng)變片由于溫度效應(yīng)引起的誤差為溫

5、度誤差。原因有：電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生變化；電阻絲和試件的線膨脹系數(shù)不同使其產(chǎn)生附加形變。1.自補(bǔ)償法2. 線路補(bǔ)償法2022/7/20192.2.5 測量電路1.直流電路2.交流電橋機(jī)械應(yīng)變一般在10 3000 之間，而應(yīng)變靈敏度k值較小，因此電阻相對(duì)變化是很小的，用一般測量電阻的儀表是難直接測出來，必須用專門的電路來測量這種微弱的變化。2022/7/20201.直流電橋電路 直流電橋電路的4個(gè)橋臂是由R1、R2、R3、R4組成，其中a、c兩端接直流電壓Ui，而b、d兩端為輸出端，其輸出電壓為Uo。在測量前，取R1R3 = R2R4，輸出電壓為Uo=0。 2022/7/20211.直流電橋

6、電路當(dāng)橋臂電阻發(fā)生變化，在電橋輸出端的負(fù)載電阻為無限大時(shí)，電橋輸出電壓可近似表示為 2022/7/20221.直流電橋電路一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R， 2022/7/2023電橋工作方式 半橋單臂工作方式 半橋雙臂工作方式 全橋4臂工作方式 2022/7/2024 半橋單臂工作方式傳感器輸出的電阻變化量R只接入電橋的一個(gè)橋臂中，在工作時(shí)，其余3個(gè)電阻的阻值沒有變化（即R2=R3=R4=0）。電橋的輸出電壓為 靈敏度為 2022/7/2025 半橋雙臂工作方式安裝兩個(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，稱為半橋差動(dòng)電路，電橋的輸出電壓為靈敏度為線性關(guān)系

7、，溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。2022/7/2026 全橋4臂工作方式若將電橋4臂接入4片應(yīng)變片，即2個(gè)受拉應(yīng)變，2個(gè)受壓應(yīng)變，將2個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上，構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。電橋的4個(gè)橋臂的電阻值都發(fā)生變化，電橋的輸出電壓為靈敏度為全橋差動(dòng)電路沒有非線性誤差，電壓靈敏度是單片的4倍，具有溫度補(bǔ)償作用。2022/7/2027電橋的線路補(bǔ)償 零點(diǎn)補(bǔ)償要求電橋的4個(gè)橋臂電阻值相同是不可能的，這樣就使電橋不能滿足初始平衡條件（即U00）。為了解決這一問題，可以在一對(duì)橋臂電阻乘積較小的任一橋臂中串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償。 2022/7/2028 2.交流電橋由于供橋電源為交流電源，引線分布電容（ 和 ）

8、使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性。2022/7/2029 2 .交流電橋交流電橋平衡調(diào)節(jié)由于分布電容的存在，交流信號(hào)的頻率會(huì)影響電橋的平衡，故在使用之前，要對(duì)電橋進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。2022/7/20302.2.6 應(yīng)變式測力傳感器 應(yīng)變式傳感器由彈性元件、應(yīng)變片、附件等組成。主要用作各種電子稱與材料試驗(yàn)機(jī)的測力元件、 發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測試、 水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。1.柱(筒)式傳感器 2.懸臂式傳感器2022/7/2031應(yīng)變式力傳感器 應(yīng)變式力傳感器 FFFF2022/7/2032各種懸臂梁 2022/7/2033各種懸臂梁 FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜2022/7/2034應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2 R42022/7/2035應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF2022/7/2036汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 ）2022/7/20