第二章電阻式傳感器

第二章、電阻式傳感器本章學(xué)習(xí)要求：1.了解電阻式傳感器的分類2.掌握電阻式傳感器測量原理3.了解傳感器測量電路2.1概述1.傳感器定義

傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。

dV2.1概述2.2電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式.1變阻器式傳感器等效電路分析:xLL-變阻器總長;x-電刷移動(dòng)量.R-總電阻;RL電刷電阻;EE1Lx=RRL=EE1x=L*E1/E2.2電阻式傳感器x=L*E1/E=K*E10LEE1x2.2電阻式傳感器EE1VRmRxR-Rx1EE1=xLRmR+Lx()-2.2電阻式傳感器負(fù)載效應(yīng)1EE1=xLRmR+Lx()-[]0LE2.2電阻式傳感器(2)變阻器式傳感器的性能參數(shù):1)線性(或曲線的一致性);4)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍;2)分辨率;5)電阻溫度系數(shù);3)整個(gè)電阻值的偏差;6)壽命;(3)變阻器式傳感器的分類按測量類型：單圈電位器多圈電位器直線滑動(dòng)式電位器2.2電阻式傳感器按制作方式：線繞電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底導(dǎo)電材料粉2.2電阻式傳感器變阻器式傳感器產(chǎn)品2.2電阻式傳感器案例：重量的自動(dòng)檢測--配料設(shè)備

比較重量設(shè)定原材料原理：彈簧->力->位移

->電位器->電阻2.2電阻式傳感器案例：煤氣包儲量檢測煤氣包鋼絲原理：鋼絲->收線圈數(shù)

->電位器

->電阻2.2電阻式傳感器案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理：電機(jī)->轉(zhuǎn)角

->電位器

->電阻2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--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(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化象。2.2電阻式傳感器1)工作原理上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻R為代入2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片有：金屬絲：金屬絲體積不變：2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片有：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：金屬絲應(yīng)變片：2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片應(yīng)變片的粘貼：

1.去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡。2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片

3.測量：從分開的端子處，預(yù)先用萬用表測量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片

4.焊接：將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片

5.固定：焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

FFFF各種懸臂梁

各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF荷重傳感器原理演示荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。

電阻應(yīng)變儀下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：±19999με；分辨率：1με；電橋電壓：直流2.5V；

應(yīng)變片：120Ω或其他阻值；測量點(diǎn)數(shù)：8/16點(diǎn)；2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片右圖所示的靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)：量程：1±10000με頻率范圍：0-150kHz平衡方式：手動(dòng)精度：0.3%零點(diǎn)飄移：

-/℃：±0.1με

-/24小時(shí)：±0.5με靈敏度變化：

-/℃：±0.05%

-/24小時(shí)：±0.3%信噪比：52dB（參考東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所資料）電阻應(yīng)變儀（續(xù)）2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片接線端子電阻應(yīng)變儀（續(xù)）2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測量模塊電阻應(yīng)變儀（續(xù)）2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片案例：

振動(dòng)式地音入侵探測器

適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。案例：汽車衡案例：汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）汽車衡稱重系統(tǒng)磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示案例：電子秤電子天平的精度可達(dá)十萬分之一案例：電子天平案例：人體秤案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試

案例：材料應(yīng)變的測量吊鉤秤

便攜式應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、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)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)簡化為：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大;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。2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開來。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號處理電路2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對壓力傳感器2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器(續(xù))2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器(續(xù))

壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：p1的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片投入式液位計(jì)投入式液位計(jì)外形（續(xù)）壓阻式固態(tài)壓力傳感器

光柱顯示器

橡膠背壓管

2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片

投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為幾米至幾十米，且混有大量污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。

投入式液位計(jì)外形（續(xù)）2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片投入式液位計(jì)液位的計(jì)算：

安裝高度h0處水的表壓

p1=gh1

h=h0+h1=h0+p1/（g）

例：液位計(jì)安裝高度為1m，測得壓力為98kPa，求水的深度。投入式液位計(jì)外形（續(xù)）2.2電阻式傳感器2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片思考題1.

金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?2.采用阻值R=120Ω靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R=120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000um/m時(shí)，若要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？休息一下一、金屬熱電阻

溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。2.2電阻式傳感器3測溫?zé)犭娮鑲鞲衅?/p>

取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

2.2電阻式傳感器3測溫?zé)犭娮鑲鞲衅饕滋峒?、?fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻

表2-2熱電阻的主要技術(shù)性能

圖2-21

熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號

a）圓片型熱敏電阻b）柱型熱敏電阻c）珠型熱敏電阻d）鎧裝型e）厚膜型f）圖形符號1—熱敏電阻2—玻璃外殼3—引出線4—紫銅外殼5—傳熱安裝孔

薄膜型及普通型鉑熱電阻

小型鉑熱電阻

防爆型鉑熱電阻

汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表

鉑電阻溫度顯示、變送器可設(shè)定溫度的溫度控制箱

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)撥碼式設(shè)定開關(guān)二、熱敏電阻

熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）之分。

NTC又可分為兩大類：第一類用于測量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系；第二類為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降。下圖所示的五根曲線分別為哪一種熱敏電阻？12345熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

貼片式NTC熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）