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3.电阻式传感器[1]

3.电阻式传感器[1]
3.电阻式传感器[1]

电阻式传感器

一、进气岐管压力传感器(压阻效应) 进气歧管压力传感器又称进气增压压力传感器,它是用来检测进气歧管内的压力变化,并将其转换成电信号,然后将信号电压送至电子控制器(ECU),ECU 依据此信号电压的大小,控制基本喷油量的大小。 进气压力传感器种类较多,有压敏电阻式、真空膜盒式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点,因而被广泛用于D型喷射系统中。 1.半导体压敏电阻式进气压力传感器结构与原理 (1)半导体压敏电阻式进气压力传感器的结构 它是利用半导体的压阻效应制成的,主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引线电极组成,其结构如下图所示。 (2)半导体压敏电阻式进气压力传感器的工作原理 如图所示,硅膜片一面通过真空室,一面承受来自进气歧管中气体的压力,在此气体压力的作用下,硅膜片会产生变形,且压力越大形变越大,膜片上应变电阻的阻值在此压应力的作用下就会发生变化,使传感器上以惠斯顿电桥方式连接的硅膜片应变电阻的平衡被打破,当电桥的输入端输入一定的电压或电流时,在电桥的输出端便可得到相应变化的信号电压或信号电流,因为此信号比较微弱,故采用了混合集成电路进行放大后输入给ECU。 因为压阻效应式歧管压力传感器的功能部件是硅膜片和应变电阻,其工作参数取决于作用于膜片上的压力的大小,因此传感器的取样压力应从压力波动较小的部位选取。

二.发动机机油压力传感器(电位器式) 发动机机油压力传感器用于检测发动机机油压力的大小,它一般通过螺钉拧入在缸体的油道里,其内部有一个可变电阻,一端输出信号,一端与搭铁的滑动臂相连。当油压增大时,油压通过润滑油道接口推动膜片弯曲,膜片推动滑动臂移动到低电阻位置,使电路中的输出电流增大;反之,油压降低时,膜片推动滑动臂移动到高电阻位置,使电路中输出电流减小,最终在机油压力表上将机油压力的大小以指针指示出来,如图4.35所示。 三、节气门位置传感器(电位器式) 节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况,是加速工况还是减速工况。它实质上是一只可变电阻器和几个开关,安装于节气门体上。

电阻应变式传感器.

电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器,最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围:可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 ①精度高,测量范围广; ②使用寿命长,性能稳定可靠; ③结构简单,体积小,重量轻; ④频率响应较好,既可用于静态测量又可用于动态测量; ⑤价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象,称为金属的电阻应变效应。 公式推导: 若金属丝的长度为L,截面积为S,电阻率为ρ,其未受力时的电阻为R,则: (9.1)

如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形,其长度L变化dL,截面积S 变化dS,电阻率ρ变化,因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分,整理可得: (9.2) 对于圆形截面有: (9.3) 为金属丝轴向相对伸长,即轴向应变;而则为电阻丝径向相对伸长,即径向应变,两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ,负号表示符号相反,有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2),并整理得: (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数,其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。

公式简化过程: 由式可以明显看出,金属材料的灵敏系数受两个因素影响: 一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的,即项;另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的,即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明,在电阻丝拉伸比例极限范围内,电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的,即K0为常数,于是可以写成: (9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7~4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 距 用面积。应变片的规格 一般以使用面积和电 阻值表示,如 2 为 的电阻丝制成的。 高的阻值, 栅状, 在绝缘的基底上。 两端焊接引线。

电阻式传感器的工作原理及应用

电阻式传感器的工作原理及应用 ————气敏传感器 气敏传感器是气敏电阻利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化的效应而制成的传感器。按其结构可以分为烧结型、薄膜型、厚膜型三种。 工作原理 气敏电阻按其电阻变化的机理可分为表面控制型和体控制型,前者是通过使半导体载流子增多和减少来引起半导体电阻率变化的;后者则是通过使半导体体内晶格发生变化而引起电阻变化的。常见的气敏电阻大都属于表面控制型。 以半导体材料2n S O 为例说明表面控制型气敏电阻的工作原理。半 导体材料2n S O 属于N 型半导体,这类半导体气敏电阻工作时通常都需 要加热。元件在加热开始时阻值急剧的下降,然后上升,一般经过2~10分钟才达到稳定,称之为初始稳定状态。元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。因为元件在“清洁大气”中吸附的氧气量固定不变(空气中的氧分压几乎固定不变),所以其阻值保持一定。一旦某种浓度的被测气体流过元件,则在元件表面产生吸附,此时元件的阻值将随气体浓度变化而变化。如果被测气体是氧化性气体(如2O 和x NO ),则被吸附气体分子会从气敏元件夺取电子,使N 型 半导体元件中的载流子电子减少,从而使电阻值增大。如果你被测气体是还原性气体(如2H 、CO 、酒精等),则气体分子会向气敏元件释放电子,使元件中的载流子电子增多,从而使电阻值下降。

气敏电阻对不同气体的灵敏度差别很大,如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度,而对甲烷和CO 的灵敏度则较低。在材料中掺入某些金属氯化物或贵金属化合物,可提高元件的吸附活性,并显著提高元件的灵敏度和扩大测试范围。 气敏传感器的应用 1、可燃气体排风警报器 当检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时,可燃气体排风警报器就会发出报警信号,以提醒工作人员采取安全措施,并驱动排风、切断、喷淋系统,防止发生爆炸、火灾、中毒等事故。从而保障安全生产。本设计主要用于检测空气中的可燃气体,常见的如有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、硫化氢、磷化氢等当被测场所的空气中存在可燃气体时,探测器便将感知到的信息送到报警仪表;若可燃气体的浓度超过安全指标,则报警器发出光声告警提示,并自动启动排风设备。 可燃气体排风警报器的电路原理图如图所示,包括减压整流、稳压模块、气敏传感元件和触发、声光报警电路。半导体气敏元件采用MQ —2型;由于要求灯丝加热电压稳定,所以采用三端稳压器7805对灯丝电压进行稳压,开机预热三分钟。图中的555和2R 、2RP 、4C 组成可控多谐振荡器。平时,强制复位端4脚处于低电平,555处于停振状态;当气敏元件检测到可燃气体时,A —B 极间阻值减小,使4脚电位上升到1V 以上,555起振,振荡频率取决于2R 、2RP 、4C 的时间常数,即f=1.44/224()R RP C 。

电阻应变式传感器

(三)、测量电路的选用: 电桥电路是一种能够实现将电阻、电感、电容等参量的变化转变为电压输出的一种信号变换电路。具有结构简单、精确度和灵敏度高的优点,在测试中应用非常广泛。电桥按供电方式分为直流电桥和交流电桥。在这次设计中采用的测量电路是直流电桥。而电桥工作状态可分为:不平衡电桥和平衡电桥,不平衡电桥在连续量的自动检测中大量采用,平衡电桥又称为零位法测量,一般用于静态测量,准确性较高。在此次传感器设计中使用了平衡电桥。 二、基本原理: 扭矩的测量:采用应变片电测技术,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后,经过压/频转换,变成与扭应变成正比的频率信号。如图1所示: 一、设计题目要求与分析 1、设计题目:设计测扭矩的传感器。 使用条件:转矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上,所以振动大,灰尘、油雾、水污比较多,故要求传感器封装在一起,只留下两个轴端在外面;工作温度在-20~150C0。 二扭矩测量及应变片的基本原理 1、应变片式传感器的原理及结构 应变计的转换原理基于应变效应。所谓应变效应是指 属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。由物理 学可知,金属丝酌电阻值R与其长度L和电阻率ρ成正比,

与其截面积A成正比比,其公式表示为: R=ρL/A 从而当金属丝受力变形改变其长度与横截面积而改变电阻值,而引起电压值变化。 电阻应变计简称应变计,它主要由电阻敏感栅、基底和面胶(或覆盖层)、粘结剂、引出线五部分组成。基底是将传感器弹性体表面的应变传递到电阻敏感栅上的中间介质,并起到敏感棚和弹性体之间的绝缘作用,面胶起着保护敏感栅的作用,粘结剂是将敏感栅和基底粘接在一起,引出线是作为联接测量导线之用。电阻敏感栅可以将应变量转换成电阻变化。应变计的结构如下:

电阻应变式传感器.

第二讲 电阻应变式传感器 教学目的要求:1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性; 2.熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用; 3.掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点:应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用 教学难点:应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时:共4学时(其中作业习题讲解1学时) 教学内容: 本讲内容介绍: 电阻应变式传感器具有悠久的历史,是应用最广泛的传感器之一,本节着重介绍作为应变式传感器核心元件的电阻应变片的工作原理、种类、材料和参数;讨论其温度误差及其补偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求: 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是应变效应――机械变形时,应变片电阻变化。 电阻丝的电阻: S L R ρ =, 求R 的全微分得: ρρ?+?-?=?S S L L R R

式中L L ?是长度相对变化,即应变ε。 金属丝的变形有: L L r r S S ?-=?=?μ22 式中μ:泊松比,对于钢285.0=μ 故应变效应数学表达式: ρρ εμ?++=?)21(R R 灵敏度系数: ε ρ ρ με?+ +=?= 21R R k 因此应变的应变效应原理: x εK R R =? 式中K ──电阻应变片的灵敏系数 二、 电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求: 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1.电阻应变片的结构和分类 结构:电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中,敏感栅是应变片的核心部分,它是用直径约为0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的,为了获得高的电阻值,电阻丝排列成栅网状,故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分:丝式、箔式 3.应变片的横向效应 应变片的灵敏系数K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数K s ,其原因是由于横向效应的影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后,在圆弧的各微段上,其轴向感受的应变在+εx 和εy =μ-εx 之间变化,从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的同样长度电阻丝电阻变化的现象。

电阻应变片式传感器

电阻应变片式传感器 应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段,广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。 (1)精度高,测量范围广。对测力传感器而言,量程从零点几N 至几百kN ,精度可达0.05%F S ?(F S ?表示满量程);对测压传感器,量程从几十Pa 至11 10Pa ,精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με(微应变)至数千με(1με相当于长度为1m 的试件,其变形为1m μ时的相对变形量,即6 1110μεε-=?)。 (2)频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -,半导体应变式传感器可达1110 s -,若能在弹 性元件设计上采取措施,则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。 (3)结构简单,尺寸小,质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。 (4)可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。 (5)易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展,目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。 (6)价格低廉,品种多样,便于选择。 但是应变式传感器也存在一定缺点:在大应变状态中具有较明显的非线性,半导体应变式传感器的非线性更为严重;应变式传感器输出信号微弱,故它的抗干扰能力较差,因此信号线需要采取屏蔽措施;应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变,不能显示应力场中应力梯度的变化等。 尽管应变式传感器存在上述缺点,但可采取一定补偿措施,因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。 一、电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。其中半导体材料在受到外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。 导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单,因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸

电阻应变式传感器.

第二讲电阻应变式传感器 教学目的要求: 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性; 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。 教学重点:应变式传感器的粘贴方法和接线方法,并能做相应的计算应用 教学难点:应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用 教学学时:共4学时(其中作业习题讲解 1学时) 教学内容: 本讲内容介绍: 电阻应变式传感器具有悠久的历史, 是应用最广泛的传感器之一, 本节着重介绍作为应 变式传感器核心元件的电 阻应变片的工作原理、 种类、材料和参数;讨论其温度误差及其补 偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。 一、 应变式传感器的工作原理 本节要求: 掌握应变式传感器的工作原理。 电阻应变片的工作原理是 应变效应一一机械变形时,应变片电阻变化 图2-6 金属丝应变效应 电阻丝的电阻: : -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I

式中L 是长度相对变化,即应变 ■:。 金属丝的变形有: S 2:r^ [L 2^- S r L 式中":泊松比,对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式: =(1 2」); 灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ;x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数 二、电阻应变片的结构、分类及特性 本节要求: 1) 一般了解应变片的结构和分类。 2) 掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类 结构:电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中,敏感栅是应变片 的核心部分,它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的,为了获得高的电 阻值,电阻丝排列成栅网状,故称为敏感栅。 2. 应变片的分类 金属应变片和半导体应变片 金属应变片分:丝式、箔式 3. 应变片的横向效应 应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的 影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后, 在圆弧的各微段上,其轴向感受的 应变在+ ;x 和;y =-「;x 之间变化,从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的 同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R

电阻应变式传感器

1.一丝绕应变计的灵敏系数为2,初始阻值100Ω,试求当试件受力后的应变为1.8?103 时该应变计的电阻变化ΔR。 2.一试件受力后的应变为2?10-3;丝绕应变计的灵敏系数为2,初始阻值120Ω,温度 C0/,线膨胀系数为14?10-6C0/;试件的线膨胀系数为12?10-6C0/。试系数-50?10-6 求:温度升高20℃时,应变计输出的相对误差和相对热输出。 3.在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2。若应变片的灵敏系数 k=2,电源电压U=2V,当悬臂梁顶端受到向下的力F时,电阻R1和R2的变化值ΔR1=ΔR2 =0.48Ω,试求电桥的输出电压。 4.图为一直流应变电桥,图中U=4V,R1=R2=R3=R4=120Ω,试求: ①R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出电压U O。 ② R1、R2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻, 电桥输出电压U O。 ③题②中,如果R2与R1的感受应变的极性相反且ΔR1=ΔR2=1.2Ω,电桥输出电压U O。 5.图3-6为等强度梁测力系统,R1为电阻应变片,应变片灵敏 度系数K=2.05,未受应变时,R1=120Ω,当试件受力F时, 应变片承受平均应变ε=800μm/m,试求: ①应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量ΔR1/R ②将电阻应变片R1置于单臂测量电桥,电桥电流电压为直流3V,求电桥输出电压及 电桥非线性误差。

③若要减小非线性误差,应采取何种措施?分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。 6.利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组成 差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连接方法和相应的输出电压大小做出说明, 并说明其差动和温度补偿的原理。 7.一个初始阻值为120Ω的应变片,灵敏度为K=2.0,如果将该应变片用 总阻值为12Ω的导线连接到测量系统,求此时应变片的灵敏度K’。 8.采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其粘贴在如图所示的实心圆柱形测力 弹性元件上。已知力F=10kN,圆柱横截面半径r=1cm,材料的弹性模量2 10-7 N/cm2,泊松比μ=0.3。 (1)画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图。 (2)求各应变片得应变及电阻相对变化量。 (3)若电桥供电电压U=6V,求桥路输出电压U o。 (4)此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响,说明理由。

基于电阻应变片的压力传感器设计

前言 随着科学技术的迅猛发展,非物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域,而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中,被作为一次仪表定位,其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置,其精度和范围度是根据需要来选定的。因此,应根据测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器,均要求其性能稳定,数据可靠,经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量,特别是随着微处理机的出现,工业生产过程自动化程度化的不断提高,称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置,从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制,到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等,都应用了称重传感器,目前,称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器,测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变,从而利用力,受力面积及应变之间的关系来确定力的大小,进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号,故需要对其进行放大处理;由于传感器输出的信号里混有干扰信号,故需要对其进行检波滤波;由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压(包括干扰电压),故需要设计共模抑制电路。除此之外,还要设计调零电路。

电阻式传感器word版

电阻应变片式传感器的研究 摘要本文系统地介绍了电阻应变式传感器的组成原理及制作工艺,深入 浅出地介绍了传感器由一种非电学量转化为电学量的详细过程。阐述了电阻应 变式传感器的工作原理、金属箔式应变片构成、电桥电路的单臂、半桥、全桥 的性能参数, 比较了三种电桥的优缺点. 关键词传感器,敏感元件,电桥,性能参数 一引言 随着科学技术的迅猛发展,非物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域,而且也正 逐步引入人们的日常生活中去。可以说,测试技术与自动控制水平的高低,是衡量一个国 家科学技术现代化程度的重要标志。 具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换,一切准确的测试与控制都将无法实现,即使最现代化的电子计算机,没有准确的信息(或转换可靠的数据),不失真的输入,也将无法充分发挥其应有的作用。 传感器种类及品种繁多,原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置,其精度和范围度是根据需要来选定的过高的精度要求对某种使用也无太大意义,过宽的范围度也会使测量精度降低,而且会造成成本过高及增加工艺上的困难,因此,应根据测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器,均要求其性能稳定,数据可靠,经久耐用。为此,在研究高精度传感器的同时,必须重视可靠性和稳定性的研究。目前,包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术,已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。 一般情况下,由于传感器设置的场所并非理想,在温度、湿度、压力等效应的综合影响下,可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化,已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中,采取了温度补偿及密封防潮的措施,但它与应变片、粘帖胶本身的高性能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系,哪一方面都不能忽视,都需精心设计和制作。同时,还须注意传感器的安装方法,支撑结构的设置,如何克服横向力等问题。

电阻式传感器习题

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速 度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻B电容C电 压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片;为提高集成度,测量气体压力应选择;一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中,希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能,选择 的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加,电阻。 灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加,电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加,电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度,TiO2型气敏电 阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时,被测人员由于说谎、紧张而手心出汗,可 用传感器来测量

A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串连,求: (1)指出各曲线代表的电阻。 (2)在室温(25℃)时的阻值为_____Ω,在150℃时的阻值为_____Ω。 (3)电视机上电的瞬间,流过显像管灯丝的电流接近于_____。当该PTC的温 度上升到150℃(PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内),显像管的 灯丝电流显著_____(增大/减小)。采用该电路,可以达到使显像管_____ (快/慢)启动的目的。 三、问答题 1、解释应变效应、压阻效应。 2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么 四、分析与计算题 1、有一等截面圆环受力如图所示,为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片,请在图上随意画出环上四应变片的位置编号,并说明各自产生的应变类型?及对应变片阻值的影响? 2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥,供桥电压为10V。当应变片应变 =1000um/m时,若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。(设输出阻抗为无穷大) 3、有一吊车的拉力传感器如图,电阻应变片R1、R2、R3、R4的位置如图所示。 已知R1、R2、R3、R4的标称电阻均为120Ω,桥路电压3V,物重m引起R1、 R2的变化增量为Ω。画出应变电桥电路,计算测得的输出电压,并说出R3、R4的作用。 4、有一个金属热电阻,分度号为Pt100,采用三线制电桥,R2=R3=R4=100Ω,Ui=5V求: (1)该电阻的材料 (2)测温范围 (3) 0℃的电阻值 (4)查分度表-40℃—+40℃的电阻值 (5)计算t=40℃时电桥的开路输出电压。r1、 r4 r i r7 都不计,不考虑RP1RP2的影响 第二章电阻传感器习题答案 一、填空题:

应变片式电阻传感器的测量电路

应变片式传感器的测量电路 电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化,但电阻变化是很小的,用一般的电子仪表很难直接检测。例如,常规的金属应变计的灵敏系数k 值在1.8~4.8之间,机械应变在10~6000με之间,相对变化电阻 /R R k ε?=就比较小。 例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为1000με,粘贴的应变计阻值120R =Ω,灵敏系数2k =,则其电阻的相对变化为 6/21000100.002R R k ε-?==??= 电阻变化率仅为0.2%。这样小的电阻变化,必须用专门的电路才能测量。测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化,电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。 2.3.1 应变电桥 电桥电路即是惠斯通电桥,其结构如图所示。四个阻抗臂1234 ,,,Z Z Z Z 以顺时针排列,AC 是电源端,工作电压为U ;BD 为输出端,输出电压为0U 。在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计,就叫应变电桥。 应变电桥按不同的方式可分为不同的类型,主要有以下分类方式。 1 按工作臂分 单臂电桥:电桥的一个臂接入应变计。 双臂电桥:电桥的两个臂接入应变计。 全臂电桥:电桥的四个臂都接入应变计。 2 按电源分 按电源不同,可分为直流电桥和交流电桥。 直流电桥的电源是直流电压,其桥臂只能接入阻性元件,主要用于应变电桥的输出,不需中间放大就可直接显示的情况。例如半导体应变计的输出灵敏度高,可采用直流应变电桥作为测量电路,直接输出并显示结果。 交流电桥的电源是交流电压,其桥臂可以是阻性(R )、感性(L )或容性(C )元件。主要用于输出需放大的场合。例如金属应变计的输出灵敏度较低,应采用这种交流应变电桥作为测量电路,以进一步放大输出。 3 按工作方式分 图2.3.1 电桥电路的结构

应变片式电阻传感器的测量电路

2.3 应变片式传感器的测量电路 电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化,但电阻变化是很小的,用一般的电子仪表很难直接检测。例如,常规的金属应变计的灵敏系数k 值在1.8~4.8之间,机械应变在10~6000με之间,相对变化电阻 /R R k ε?=就比较小。 例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为1000με,粘贴的应变计阻值120R =Ω,灵敏系数2k =,则其电阻的相对变化为 6/21000100.002R R k ε-?==??= 电阻变化率仅为0.2%。这样小的电阻变化,必须用专门的电路才能测量。测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化,电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。 2.3.1 应变电桥 电桥电路即是惠斯通电桥,其结构如图所示。四个阻抗臂1234 ,,,Z Z Z Z 以顺时针排列,AC 是电源端,工作电压为U ;BD 为输出端,输出电压为0U 。在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计,就叫应变电桥。 应变电桥按不同的方式可分为不同的类型,主要有以下分类方式。 1 按工作臂分 单臂电桥:电桥的一个臂接入应变计。 双臂电桥:电桥的两个臂接入应变计。 全臂电桥:电桥的四个臂都接入应变计。 2 按电源分 按电源不同,可分为直流电桥和交流电桥。 直流电桥的电源是直流电压,其桥臂只能接入阻性元件,主要用于应变电桥的输出,不需中间放大就可直接显示的情况。例如半导体应变计的输出灵敏度高,可采用直流应变电桥作为测量电路,直接输出并显示结果。 交流电桥的电源是交流电压,其桥臂可以是阻性(R )、感性(L )或容性(C )元件。主要用于输出需放大的场合。例如金属应变计的输出灵敏度较低,应采用这种交流应变电桥作为测量电路,以进一步放大输出。 3 按工作方式分 按工作方式不同,可分为平衡桥式电路和不平衡桥式电路。 平衡桥式电路又叫零位测量法,它带有调整桥臂平衡的伺服反馈机构,当仪表指示测量值时,电桥处于平衡状态。零位测量法常用于高精度、长时间的静态应变测量。 不平衡桥式电路又称为偏差测量法,其输出的是与桥臂应变量成一定函数关系的不平衡电量,再作进一步放大和显示。当仪表指示测量值时,电桥处于不平衡状态。偏差测量法响应快,常用于动态应变测量。 4按桥臂关系分 按桥臂关系不同,可分为半等臂电桥和全等臂电桥。 半等臂电桥又可分为对电源端对称电桥(即1423,Z Z Z Z ==)和对输出端对称电桥(即 1234,Z Z Z Z ==)。 图2.3.1 电桥电路的结构

传感器实验报告(电阻应变式传感器)

传感器技术实验报告 院(系)机械工程系专业班级 姓名同组同学 实验时间 2014 年月日,第周,星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号 实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。 二、实验仪器: 应变传感器实验模块、托盘、砝码(每只约20g)、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表(自备)。 三、实验原理: 电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε,式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件,如图1-1所示,四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧,弹性体受到压力发生形变,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。 图1-1 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻,与应变片一起构成一个单臂电桥,其输出电压

εk E R R R R R E U 4 R 4E 21140=??≈??+?? = (1-1) E 为电桥电源电压,R 为固定电阻值,式1-1表明单臂电桥输出为非线性,非线性误差为%10021L ???- =R R γ。 四、实验内容与步骤 1.图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R 1、R 2、R 3、R 4 上,可用万用表测量判别,R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。 2.从主控台接入±15V 电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端U i 短接,输出端Uo 2接数显电压表(选择2V 档),调节电位器Rw 3,使电压表显示为0V ,Rw 3的位置确定后不能改动,关闭主控台电源。 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 3.将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R 1)接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥,见图1-2,接好电桥调零电位器Rw 1,直流电源±4V (从主控台接入),电桥输出接到差动放大器的输入端U i ,检查接线无误后,合上主控台电源开关,调节Rw 1,使电压表显示为零。 4.在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw 4,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示2mV ,读取数显表数值,保持Rw 4不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g 砝码加完,记录实验结果,填入表1-1,关闭电源。 重量(g) 电压(mV)

电阻应变式传感器_实验报告

大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2009 年 03 月 06 日,第 二 周,星期 五 第 5-6 节 实验名称 电阻应变式传感器 教师评语 实验目的与要求: 1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、 结构、 特性和使用方法 2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度 3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法 主要仪器设备: CSY 10A 型传感器系统实验仪 实验原理和内容: 1. 应变效应 导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时, 其阻值也会发生相应的变化, 成为应变效应。 电阻应变片的工作原理即是基于这种效应, 将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。 金属丝的电阻应变量可由以下算式表达: 金属丝的原始电阻值为S L R ρ= , 收到轴向拉力时, 发生电阻值变化R ?, 变化比例的表达式为: S S L L R R ?-?+?=?ρρ, 根据金属丝在力学和材料学上的相关性质, 在弹性范围内可以对公式进行改写, 得到 L L k L L L L R R ?=??? ??????++=?ρρμ)21(, 其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数, 表示单位应变量引起的电阻值变化, 它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关; 一般半

导体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。 (由于受力会影响到半导体内部的载流子运动, 固可以非常灵敏地反映细微的变化) 2. 电阻式应变传感器的测量电路 转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出, 电阻应变式传感器中常用的是桥式电路, 本实验使用直流电桥。 驳接阻抗极高的仪器时, 认为电桥的输出端断路, 只输出电压信号; 根据电桥的平衡原理, 只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时, 电压信号即发生变化; 电桥的灵敏度定义为 R R V k v /?= 根据电阻变化输入电桥的方法不同, 可以分为单臂、 半桥和全桥输入三种方式: 2.1 单臂电桥 只接入一个应变电阻片, 其余为固定电阻。 设电桥的桥臂比为 n R R R R ==2 314, 根据电桥的工作原理, 并忽略一些极小的无影响的量, 可以得到输出电压的表达式为11 )1(2R R n nU V ??? ?? ??+≈, 同时得到单臂电桥灵敏度表达式2 ) 1(/n nU R R V k v +=?= 单臂电桥的实际输出电压与电阻变化的关系是非线性的, 存在非线性误差, 故不常使用。 2.2 半桥 如图, 接入两个应变电阻和固定电阻, 设初始状态为R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR , 可以得到电压表达式U R R V ?= 21, 半桥灵敏度表达式U k v 2 1 =, 可见输出电压与电阻的变化严格呈线性关系, 不存在线性误差, 灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 2.3 全桥 全部电阻都使用应变电阻, 且相邻的两个臂的受力方向相反, 根据电桥性质可以得到电压及灵敏

电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 一、电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r的圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为R: R = ρL/S(Ω)(2—1) 当他的两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少Δr。此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ。 对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。我们有: ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S (2—3) 另外,我们知道导线的横截面积S = πr2,则Δs = 2πr*Δr,所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5) 其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6) 其中 K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L)(2--7) 式(2--6))说明了电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间的关系。 需要说明的是:灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,它和应变片的形状、尺寸大小无关,不同的材料的K值一般在 1.7—3.6之间;其次K值是一个无因次量,即它没有量纲。 在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,很不方便

电阻应变式传感器灵敏度特性的研究

电阻应变式传感器灵敏度特性的研究 实验内容: 1.按下图将金属箔式应变片电阻接成单臂电桥电路,测量灵敏度/S V W =??。 图 (一) 2.按下图将金属箔式应变片电阻接成半桥电桥电路,测量灵敏度/S V W =??。 图(二) 3.按下图将金属箔式应变片电阻接成全桥电桥电路,测量灵敏度/S V W =??。

图(三) 4.比较以上三种电路的灵敏度之间的关系。 实验步骤: 1.检查导线有无断路导线的变化会不会引起电压表示数的变化。 2.对差动放大器进行调零。 3.按图(一)所示接好单臂电桥电路,接通主、副电源。 4.调节W D使电路平衡(输出电压U0=0)。 5.在托盘上逐次增加一个砝码,并记下每次输出电压的读数,直到砝码全部加完。 6.在托盘上逐次减少一个砝码,并记下每次输出电压的读数,直到砝码全部减完。 7.拆掉接线,按图(二)连成半桥电路,重复4、5、6步操作. 8.拆掉接线,按图(三)连成全桥电路,重复4、5、6步操作. 9.9.作V-W关系曲线,计算三种电路的灵敏度S,并比较。 数据处理: 一、单臂电桥:

(1)所测数据如下表: 作输出电压与锁甲中午之间的关系图:

由图可知:v/kg 610.0=增 s ,v/kg 605.0=减s 。 v/kg 608.02 s =+=减增s s 分析:由图可知,砝码增加时的灵敏度比砝码减少时的灵敏度高。在读取减砝码时的数据时发现,砝码越少,数据与加砝码时差别越大,原因可能是由于旧机器使用时间长,设备老化,在拿掉砝码时,应变片的形变没有彻底恢复到放砝码前,仍有较大形变。 二、半桥电路 (1)所测数据如下: (2)作输出电压与锁甲中午之间的关系图:

电阻式力传感器厂家

作为一家专业的电阻式力传感器厂家,对该领域内的产品一定把握着前言的科学知识。就从电阻式力传感器的工作原理说起吧,从字面就可以了解到是电阻式原理。 电阻式原理是基于这样一个原理:弹性体,也可以叫做弹性元件,或者敏感梁,它在外力作用下产生弹性变形,通过电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将外力变换为电信号的过程。电阻应变片是电阻应变式称重传感器中不可缺少的一个主要部分。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r的圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为R:

R = ρL/S(Ω)(2—1) 当他的两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少Δr。此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ。 对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。我们有: ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ+ ΔL/L –ΔS/S (2—3) 另外,我们知道导线的横截面积S = πr2,则Δs = 2πr*Δr,所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5) 其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有ΔR/R = Δρ/ρ+ ΔL/L + 2μΔL/L =(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L = K *ΔL/L (2--6) 其中

电阻应变式传感器

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目录 一、产品简介 (3) 二、实验箱组成 (3) 三、产品特点 (4) 四、传感器 (4) 五、V9.0数据采集卡及处理软件 (5) JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱实验举例 (7) 实验一应变片单臂特性实验 (7) 实验二应变片半桥特性实验 (13) 实验三应变片全桥特性实验 (14) *实验四应变片单臂、半桥、全桥特性比较 (16) 实验五应变直流全桥的应用—电子秤实验 (17) 实验六应变片的温度影响实验 (19) *实验七应变片温度补偿实验 (21)

JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱说明书 一、产品简介 JC-SCS-V2.0传感器系统实验箱主要用于各大、中专院校开设的“传感器原理”“自动检测技术”“非电量电测技术”“测量与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。 JC-SCS-V2.0实验箱的传感器采用原理与实际相结合,便于学生加强对书本知识的理解,并在实验过程中,通过信号的拾取,转换,分析,培养学生作为一个科技工作者具有的基本操作技能与动手能力。 同时配有辅助智能传感器实验系统,让学生完全动手进行编程,完成相关设计性实验。 二、实验箱组成 SCS-XS传感器实验箱如下图所示:主要由机头、主板、信号源、传感器、数据采集卡、PC接口、软件等各部分组成。 1、机头 由应变梁(含应变片、PN结、NTC R T热敏电阻、加热器等);振动源(振动台);升降调节杆;测微头和传感器的安装架(静态位移安装架);传感器输入插座;光纤座及温度源等组成。

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