傳感器與檢測(cè)技術(shù)ppt課件第二章

2023/2/61第2章電阻式傳感器2023/2/62引言電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。常用來(lái)測(cè)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(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、靈敏度較高，有的還適合于動(dòng)態(tài)測(cè)量。2023/2/632.1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(cè)量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數(shù)的測(cè)量2023/2/642.1.1電位器式電阻傳感器的原理1．線性電位器式傳感器2023/2/65非線性電位器對(duì)角位移式電位器來(lái)說(shuō)，Uа與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比，即2023/2/662023/2/67

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。2023/2/682.1.2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。2023/2/692.1.3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2023/2/6102.1.4電位器式位移傳感器YHD型電位器式位移傳感器1—測(cè)桿；2—滑線電阻；3—電刷；4—彈簧；5—滑快；6—導(dǎo)軌；7—外殼；8—無(wú)感電阻。2023/2/6112.2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ρ、長(zhǎng)度

和面積s一定時(shí)，物體的電阻與其電阻率、長(zhǎng)度和橫截面積之間的關(guān)系，可用式表示為

2023/2/6122.2.2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2023/2/6132023/2/614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2023/2/6152023/2/6162.2.3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)2023/2/617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（ξmax）（5）允許電流（Ie）允許電流是指應(yīng)變片允許通過(guò)的最大電流。（6）機(jī)械滯后2023/2/6182.2.4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2023/2/6192.2.5測(cè)量電路1.直流電路2.交流電橋機(jī)械應(yīng)變一般在10με～3

000με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(cè)量電阻的儀表是難直接測(cè)出來(lái)，必須用專門的電路來(lái)測(cè)量這種微弱的變化。2023/2/6201.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(cè)量前，取R1R3=R2R4，輸出電壓為Uo=0。2023/2/6211.直流電橋電路當(dāng)橋臂電阻發(fā)生變化，在電橋輸出端的負(fù)載電阻為無(wú)限大時(shí)，電橋輸出電壓可近似表示為2023/2/6221.直流電橋電路一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，2023/2/623電橋工作方式①半橋單臂工作方式②半橋雙臂工作方式③全橋4臂工作方式2023/2/624①半橋單臂工作方式傳感器輸出的電阻變化量ΔR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(méi)有變化（即ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。電橋的輸出電壓為靈敏度為2023/2/625②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，溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。2023/2/626③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(méi)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。2023/2/627電橋的線路補(bǔ)償①零點(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U0≠0）。為了解決這一問(wèn)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。2023/2/628

2.交流電橋由于供橋電源為交流電源，引線分布電容（

和

）使得二橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性。2023/2/629

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)。2023/2/6302.2.6應(yīng)變式測(cè)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(cè)力元件、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測(cè)等。1.柱(筒)式傳感器2.懸臂式傳感器2023/2/631應(yīng)變式力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

FFFF2023/2/632各種懸臂梁

2023/2/633各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜2023/2/634應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R42023/2/635應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF2023/2/636汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料