電阻傳感器精品課件

1、電阻傳感器第1頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五第一節(jié) 電位器傳感器一、組成與原理1、組成：常用電位器傳感器由電位器（骨 架、電阻絲 ）和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)（電刷等）電 位器傳感器。2、要求：被測(cè)量需要有一定的功率輸出， 后級(jí)輸入電阻要大。3、特點(diǎn)：輸出功率大，測(cè)量線路簡(jiǎn)單，但 線性與精度不高。第2頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五 二、用途 把位移量轉(zhuǎn)換為電阻變化傳感器及應(yīng)用技術(shù)1 2 3 132直線型旋轉(zhuǎn)型第3頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五輸出與靈敏度推導(dǎo)RLUxARLUVx作業(yè)VUR4R3R1R2RLx第4頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5

2、月20日，8點(diǎn)8分，星期五五、噪聲 由電刷移動(dòng)產(chǎn)生（壓力、材料匹配、固有頻率等），階梯特性帶來(lái)的階梯誤差。 另外，易磨損，壽命短，容易受到振動(dòng)而改變位置，不便于遙控操作。第5頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五一、概念：1.電阻應(yīng)變計(jì)是將被測(cè)量的力（壓力、荷重、扭力等）通過(guò)它所產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。它是由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線路兩部分組成。2、特點(diǎn)：參量類外加物理量引起參數(shù)變化（R、L、C），屬無(wú)源式。 第二節(jié) 電阻應(yīng)變傳感器第6頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五二、電阻絲式應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu) 用直徑為0.025mm的具有高阻率的電阻絲排列成柵網(wǎng)

3、狀，并粘貼在絕緣的基片上，電阻絲的兩端焊接有引出導(dǎo)線，線柵上面粘貼有覆蓋層（保護(hù)用）?？捎腥缦滦螤睿旱?頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五lbl稱應(yīng)變片的 標(biāo)距或工作基長(zhǎng)b稱應(yīng)變片的 工作寬度b*l稱應(yīng)變片的規(guī)格第8頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五 絲式(wire gauge) 箔式(foil gauge) 通過(guò)光刻、腐蝕而成，散熱條件好，電流密度高，靈敏度高，可制成任意形狀。 薄膜式 (film gauge) 真空蒸鍍技術(shù)制成，特點(diǎn)同上。第9頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五三、電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)1、應(yīng)變：由于外因使物體的形狀尺寸所

4、發(fā)生的相對(duì)改變。2、工作原理:應(yīng)變效應(yīng) 用相對(duì)變化量表示：受力后各部分的變化引起電阻的變化 或第10頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五對(duì)于直徑為r的圓形截面電阻絲：直徑與長(zhǎng)度的關(guān)系系數(shù)：泊松系數(shù)太小，可忽略=0.30.5K =1.6 2 =10-6 10-3 第11頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五靈敏度系數(shù)K的意義： 單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化，主要是受力后材料的幾何尺寸變化引起。3、結(jié)論： 金屬電阻絲的電阻相對(duì)變化率與軸向應(yīng)變成正比。4、特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn): 穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn): 靈敏度系數(shù)小.第12頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星

5、期五五、電阻應(yīng)變傳感器的測(cè)量電路 1、電橋的特點(diǎn)：當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到某一關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，可測(cè)微小的電阻變化，靈敏度和準(zhǔn)確度均高。下面為直流電橋。U0平衡時(shí)：測(cè)量前應(yīng)調(diào)零，使輸出值只與電阻的應(yīng)變相關(guān)R1R2R3R4ABCDU第13頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五電橋的特點(diǎn)（P81） ：電橋平衡條件：僅由橋臂各參數(shù)之間的關(guān)系確定，與電源電壓及指零器內(nèi)阻無(wú)關(guān)。平衡電橋各臂靈敏度相等當(dāng)R1 = R2 = R3 = R4時(shí)電橋靈敏度最大R1RxR3ABCDUU0QJ23簡(jiǎn)圖QJ23電阻測(cè)量范圍：1106準(zhǔn)確度：0.2級(jí)（在1009999內(nèi)）測(cè)量110-5小電阻應(yīng)用雙電橋。第1

6、4頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五2、工作原理：條件： 電橋負(fù)載電阻無(wú)窮大，Ri Ri 有：1）單臂電橋： R1為應(yīng)變片并且 R1 = R2 = R3 = R4 則：應(yīng)變前相等第15頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五2）雙臂電橋：靜態(tài)時(shí)：R1 = R2 = R3 = R4 R1為拉應(yīng)變片 R2 為壓應(yīng)變片則：靈敏度為單臂電橋的2倍精度高線性好R1R2R3R4ABCDUU0第16頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五3）全橋情況：R1 = R2 = R3 = R4 均為應(yīng)變片 Ri / Ri =Ki 則：靈敏度為單臂電橋的4倍精度高線性好

7、R1R2R3R4ABCDUU0第17頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五結(jié)論： 差動(dòng)電橋靈敏度高，可克服非線性誤差，并有溫度補(bǔ)償作用（同向誤差抵消）。 電橋靈敏度正比于電橋供電電壓，但提高電壓受到應(yīng)變片允許功率的限制。采用高內(nèi)阻的恒流源供電,電橋可減少非線性誤差。R1R2R3R4UU0R1R2R3R4UU0直流電橋的調(diào)零第18頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五六、半導(dǎo)體應(yīng)變片1、壓阻效應(yīng)： 對(duì)半導(dǎo)體的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)變力時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生一定的變化。第19頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五2、壓阻效應(yīng)的大小用壓阻系數(shù)來(lái)表示

8、：縱向所受應(yīng)力橫向壓阻系數(shù)縱向壓阻系數(shù)橫向所受應(yīng)力電阻率的相對(duì)變化率第20頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五若只沿其縱向受到應(yīng)力，令則半導(dǎo)體材料的彈性系數(shù)縱向的應(yīng)變其中第一、二項(xiàng)是幾何形狀變化對(duì)電阻的影響，其值約為12；第三項(xiàng)為壓阻效應(yīng)的影響，其值約為第一、二項(xiàng)的5070倍。第21頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五七、應(yīng)用方法方法一：將電阻應(yīng)變片直接貼在被測(cè)點(diǎn)上，用專門的電阻應(yīng)變儀測(cè)出該點(diǎn)的應(yīng)變。方法二：將其貼在彈性元件上，彈性元件在被測(cè)物理量作用下變形，應(yīng)變片作為傳感元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。3、特點(diǎn)： 靈敏系數(shù)高，可測(cè)微小應(yīng)變，機(jī)械遲滯和橫向效應(yīng)小

9、，體積小。 但溫度穩(wěn)定性差，靈敏系數(shù)非線性大，需補(bǔ)償?shù)?2頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五 被測(cè)量（力）受力結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電阻的變化率 最終電阻變化率與受力結(jié)構(gòu)相關(guān)（形狀、尺寸、材料、熱處理、加工厚度、角度）第23頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五第24頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五誤差分析：1、橫向效應(yīng) 橫向縮短作用引起的電阻值的減小對(duì)于軸向伸長(zhǎng)作用引起的電阻值的增加量起著抵消的作用，它使所測(cè)應(yīng)變數(shù)值偏小，或說(shuō)使應(yīng)變片靈敏系數(shù)減小。彎曲半徑越大，橫向效應(yīng)也越大。 通過(guò)改變電阻絲排列的形狀可減小之。第25頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5

10、月20日，8點(diǎn)8分，星期五2、溫度影響：由于環(huán)境溫度改變引起電阻值變化1） 由電阻絲溫度系數(shù)引起；2） 由電阻絲與被測(cè)件材料的線膨脹系數(shù)1、2的 不同引起的。 當(dāng)溫度變化t, 應(yīng)變片電阻的增量Rt可用下式表示： Rt=Rt+RK(1- 2)t = R+K(1- 2t 令 t= +K(1- 2) 則： Rt= Rtt 第26頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五1）熱敏電阻補(bǔ)償（串聯(lián)彈性模量補(bǔ)償電阻器降低電橋輸出電壓）T KU0 U0 RtU0 2)工作片：承受應(yīng)力 補(bǔ)償片：不受應(yīng)力U0不變R3R4U0UR1R0RtR2R1R2R3R4ABCDUU0補(bǔ)償片工作片溫度補(bǔ)償?shù)?7頁(yè)，

11、共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五2. 蠕變自補(bǔ)償： 因其材料的滯彈性效應(yīng)而存在固有微蠕變特性：基底存在粘彈性貼片用粘結(jié)劑存在粘彈性 敏感柵材料滯彈性效應(yīng)迭加后的結(jié)果是呈現(xiàn)或正或負(fù)的蠕變特性補(bǔ)償方法： 通過(guò)改變敏感柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整基底材料配比及關(guān)鍵工藝參數(shù)。選擇蠕變與彈性體固有蠕變數(shù)值相等但方向相反的應(yīng)變計(jì)第28頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五3.彈性模量自補(bǔ)償： 材料的彈性模量一般隨著環(huán)境溫度的升高而下降 根據(jù)虎克定律：=/E，隨著溫度的升高構(gòu)件的變形量將增大，因而應(yīng)變計(jì)所測(cè)量的應(yīng)變也隨之增加。 補(bǔ)償原理：根據(jù)R/R=K，如果應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K能隨溫度升

12、高而適當(dāng)降低，則應(yīng)變計(jì)的輸出不隨溫度改變。 補(bǔ)償方法：將彈性模量與彈性體材料良好匹配。 補(bǔ)償特點(diǎn)：精度、靈敏度高、穩(wěn)定性好、簡(jiǎn)單、價(jià)廉。 問(wèn)題：應(yīng)變計(jì)熱輸出值較大，致使傳感器輸出電阻溫度系數(shù)超差，零點(diǎn)溫度漂移較大。應(yīng)兼顧溫度自補(bǔ)償與彈性模量。第29頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五另外須注意的事項(xiàng)：應(yīng)變極限，疲勞壽命，絕緣電阻，最大電流。 分類應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)壓電二極管,壓電晶體管半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)絲 式箔 式薄膜式薄模型體 型擴(kuò)散型第30頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五第二節(jié) 熱電阻傳感器概念：利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器。主要檢測(cè)參數(shù)：溫度、與溫

13、度有關(guān)的參量。分類（性質(zhì)）：1）金屬熱電阻（熱電阻） 2）半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）第31頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五一、金屬熱電阻（熱電阻）1、材料：要求有大的、穩(wěn)定的溫度系數(shù)， 大，線性好，性能穩(wěn)定，便于生產(chǎn) （銅、鉑、鎳）。2、特點(diǎn)：測(cè)溫精度較高，范圍廣（-200600 0 C），穩(wěn)定性、重復(fù)性好。但熱 慣性大，靈敏度低。3、結(jié)構(gòu)：熱電阻是由電阻體、絕緣套管和接 線盒等主要部件組成的，電阻絲是 熱電阻的最主要部分。第32頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五4、幾種熱電阻1）鉑電阻 阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系為:其中：A, B, C 為常數(shù)第33頁(yè)，共4

14、4頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五特點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。 測(cè)溫范圍廣。我國(guó)分度： R0 = 46 BA1 R0 =100 BA2 R100 / R0 = 1.391結(jié)構(gòu)：用很細(xì)的鉑絲繞在云母片制成的平 板性支架上，鉑絲繞組的出線端與 銀絲引出線相焊，并穿上瓷套管加 以絕緣和保護(hù)。微型鉑電阻: 特點(diǎn)是體積小，熱慣性小，氣 密性好第34頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五2）銅電阻適用范圍：-501500C ,精度要求不高的場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)：銅的電阻與溫度呈線性關(guān)系電阻溫度系數(shù)高易提純，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度不高、易氧化等, 溫度范圍小。阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系為:

15、.25.2810-3 /0C 分度號(hào): G R0=53 WZG型（常用銅熱電阻）3）其它金屬熱電阻： 銦電阻，錳電阻，碳電阻第35頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五5、測(cè)溫電路： 用電橋作為傳感器的測(cè)量電路，在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)特點(diǎn)是精度高，適于測(cè)低溫。 熱電阻的三線制：工業(yè)上用的鉑電阻的引線為三根，目的是消除連接線電阻的影響。R2RtR4RtR1tAt第36頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五二、熱敏電阻1）分類：直熱式：由金屬氧化物粉料（半導(dǎo)體）按一 定比例擠壓成型。旁熱式：除半導(dǎo)體外還有金屬絲繞制的加熱 器。2）特點(diǎn)： 非線性：R與T呈指數(shù)關(guān)系 V與I的

16、變化不服從歐姆定律第37頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五 穩(wěn)定性差，一致性差（同一型號(hào)差35%） 靈敏度高（可測(cè)量0.001 0.005度的微小變化） 熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。 本身電阻止在3700, 可用于遠(yuǎn)距離測(cè)量 在-50350度范圍內(nèi), 線性度好特點(diǎn)：第38頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五片式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻BN系列珠狀NTC熱敏電阻器GN系列玻殼型NTC熱敏電阻器PN系列功率型NTC熱敏電阻器SN系列溫度傳感器第39頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五3）溫度特性：NTC：具有負(fù)溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而 下降，一般-503000CPTC：具有正溫度系數(shù)，阻值隨溫度升高而 升高NTC與PTC均有突變型與緩變型，但NTC以緩變型多， PTC以突變型多。電阻溫度系數(shù)大： NTC -2-6%/0C PTC 110%/0C第40頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)8分，星期五 作 業(yè) 第41頁(yè)，共44