电阻式传感器电子教案

传感器及自动检测技术 课程教案

授课题目（教学章节或主题）： 电阻式传感器 授课类型 理论课 授课时间

教学目标或要求：

1．掌握电阻应变效应的基本概念。 2．掌握电桥原理与各电桥的特点。

3. 掌握温度误差产生的原因及其补偿方法。 4．了解应变计的应用和发展现状。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 基本内容

一. 什么是应变效应

定义：电阻丝受外力作用时，将产生弹性变形和应变，与此同时其电阻值也发生改变，这种现象称为“电阻应变效应”。

图1

如图1所示设有一段长为L ，截面积为S ，电阻率为ρ的导体(如金属丝)，它具有的电阻为：

l R S ρ

=

式中：ρ—电阻丝的电阻率；L —电阻丝的长度；S —电阻丝的截面积。

当金属丝受拉时如图2所示，L 变长、r 变小，导致R 变大 。

图3 电阻应变片的结构

常用的金属应变片组要有两种结构：丝式和箔式两种。如图4所示

图4金属应变片

金属丝式应变片一般直径在0.012～0.05mm 的金属丝；金属箔式应变片 厚度在0.001～0.01mm 的金属箔； 三．应变片的主要参数 1.应变片电阻值（R0）

电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、350Ω，500Ω和1000Ω 等多种规格，以120Ω最为常用。

应变片的电阻值越大，允许的工作电压就大，传感器的输出电压也大，相应地应变片的尺寸也要增大，在条件许可的情况下，应尽量选用高阻值应变片。

2.绝缘电阻：要求>1010欧姆；

3.应变片的灵敏系数（K ）

金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度系数KS 表示。当金属丝做成应变片后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。因此，须用实验方法对应变片的电阻—应变特性重新测定。实验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即 R

K R ε?= R

K R ε?= 金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度

系数KS表示。当金属丝做成应变片后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。因此，须用实验方法对应变片的电阻—应变特性重新测定。实验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即

4.机械滞后

应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为机械滞后。

产生原因：应变片在承受机械应变后，其内部会产生残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，如果敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。

机械滞后值还与应变片所承受的应变量有关，加载时的机械应变愈大，卸载时的滞后也愈大。所以，通常在实验之前应将试件预先加、卸载若干次，以减少因机械滞后所产生的实验误差如图5所示。

图5应变片的机械滞后

5.零漂和蠕变

对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。产生原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。这是两项衡量应变片特性对时间稳定性的指标，在长时间测量中其意义更为突出。实际上，蠕变中包含零漂，它是一个特例。

6.允许电流：静态25mA,动态：75～100mA；

四．电阻式传感器的测量电路

1.恒压源直流电桥

图6 电桥电路原理图

如图所示。电源E 为恒压源，其内阻为零。根据电路学中的克希霍夫定律，列出电路方程：

210340334433001144220000

i

I I I I I I I R I R U I R I R I R I R I R I R =+??=+??

+=??+-=?--=??

联立求解上述方程，求出检流计中流过的电流Io 为:

()

()()()()

142300123412343412i U R R R R I R R R R R R R R R R R R R -=

++++++

式中 R 0为负载电阻，因而其输出电压U 0为:

()

()()()()142300012341234341201

[]

i U R R R R U I R R R R R R R R R R R R R R -==

++++++ 当R 1R 4=R 2R 3时，I 0=0，U 0=0，即电桥处于平衡状态。

若电桥的负载电阻R 0为无穷大，则B 、D 两点可视为开路，上式可以化简为:

()()

1423

1234o i

R R R R U U R R R R -=++

1）.单臂电桥

图7 单臂电桥

设R 1为应变片的阻值如图7所示，工作时R 1有一增量ΔR1，当为拉伸应变时，ΔR1为正；压缩应变时，ΔR1为负。在上式中以R 1+ΔR1代替R 1，则

()()()

1142311234o i

R R R R R U U R R R R R +?-=+?++

整理得：4131

0124113U 11i R R R R U R R R R R R ?=

??

???+

++ ? ????? 定义桥臂比：2413

R R n R R =

= 由于ΔR1 <

()

1

02

1

1i R n

U U R n ?=

+ 定义电桥灵敏度：

()0211

1U i U n

K U R n R =

=?+ 当dKU/dn=0时， dKU 最大，此时n=1； 即R2=R1；R4= R3 当n=1时，电桥为等臂电桥，其输出电压为：

10111

44

i i R U U K U R ε?=

= 其灵敏度为：14

i K U =

2)半桥双臂

图8 半臂电桥

其输出电压为：

022

i i

U U

R

U K

R

ε

?

==

灵敏度为：

1

2i

K U

=

可见，这时输出电压U0与ΔR/R间成严格的线性关系，且电桥灵敏度比单臂电桥提高一倍

3)全桥电路

图9 全桥

若采用四臂差动电桥（全桥），如图，并设初始时R1=R2=R3=R4=R；工作时各个桥臂中电阻应变片电阻的变化为：ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4；则电桥输出为：

3

124

3

124

41

1

2

i

o

R

R R R

U R R R R

U

R

R R R

R R R R

?

???

--+

=

???

???

??

++++

?

??

??

??

若ΔR1=ΔR4=－ΔR2=－ΔR3=ΔR，则有

0i i

R

U U K U

R

ε

?

==

灵敏度为：

i

K U

=

2.恒流源电桥

设供电电流为I ，当ΔR1=0时，且负载电阻很大，通过各臂的电流为：

图10 恒流源电桥

输出电压为：1423

011231234

R R R R U I R I R I R R R R -=-=

+++

若电桥初始处于平衡状态，且R1=R2=R3=R4=R ；当R1变为R+ΔR 时，电桥

输出电压为：014414R R R

U I I

R

R R R

??==?+?+ 通过上式得出：非线性误差比恒压源电桥减小1/2

3.交流电桥

交流载波放大器具有灵敏度高、稳定性好、外界干扰和电源影响小及造价低等优点，但存在工作频率上限较低、长导线时分布电容影响大等缺点。

直流放大器工作频带宽，能解决分布电容问题，但它需配用精密稳定电源供桥，造价较高。

近年来随着电子技术的发展，在数字应变仪、超动态应变仪中已逐渐采用直流放大形式的测量线路。

五．电阻应变片的温度误差及其补偿 1.温度误差及其产生原因

用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称为应变片的温度误差，又称热输出。因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：

应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数； 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。

设环境引起的构件温度变化为Δt （℃）时，粘贴在试件表面的应变片敏感

的材料串联组成敏感栅，以达到一定的温度范围内在一定材料的试件上实现

（a） (b)

图11

温度补偿。这种应变片的自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大小相等，符号相反，即ΔR1t= –ΔR2t,该方法补偿效果可达±0.45με/℃。

组合式自补偿应变片的另一种形式是用两种同符号温度系数的合金丝串接成敏感栅，在串接处焊出引线并接入电桥，如图(b)。适当调节R1与R2的长度比和外接电阻RB的值，使之满足条件

12

12

t t

B

R R

R R R

??

=

+

即可满足温度自补偿要求

（2）桥路补偿法

如图121，工作应变片R1安装在被测试件上，另选一个特性与R1相同的补偿片RB，安装在材料与试件相同的补偿件上，温度与试件相同，但不承受应变。R1与RB接入电桥相邻臂上。由于相同温度变化造成R1和RB电阻变化相同，根据电桥理论可知，电桥输出电压与温度变化无关。

图12

在有些应用中，可以通过巧妙地安装多个应变片以达到温度补偿和提高测量灵敏度的双重目的。如图13，在等强度悬臂梁的上下表面对应位置粘贴四片相同的应变片并接成差动全桥，当梁受压力F时，R1和R2应变片受拉应变，电阻增加，而R3和R4应变片受压应变，电阻减小，电桥输出为单臂工作时的4倍。而温度变化引起四片应变片的电阻变化相同，则电桥输出不变。

图13

六．电阻应变式传感器的应用

1.电阻应变式力传感器

1）柱式力传感器

柱式力传感器的弹性元件分实心和空心两种，如图。其特点是结构简单，可承受较大载荷，最大可达107N，在测103~105N载荷时，为提高变换灵敏度和抗横向干扰，一般采用空心圆柱结构。

根据材料力学，柱沿轴向的应变为

x F ES

ε=

应变的大小取决于S、E、F，与轴长度无关。

图14

图15BLR—1型拉力传感器

图16应变式荷重传感器外形及受力位置2）应变式力传感器

图17 应变式梁式力传感器

图18 梁式传感器应用

七．案例设计：电子称的制作

1、原理

如图19所示，采用E350-ZAA箔式应变片，其常态阻值为350Ω。

图19 电子称原理图

2.元器件选择

1）IC1选用ICL7126集成块；IC2、IC3选用高精度低温标精密运放OP-07；IC4选用LM385－1.2V。

2）传感器RI选用E350－ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350Ω。

传感器教案.

传感器教案. -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

教案

第一章概述—传感器技术基础知识1.1传感器的定义及组成 1.1.1 定义 国家标准（GB/T7665-1987）规定：传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。也叫发送器；传送器；变送器；Transducer/Sensor等。 对定义的理解： 它是测量装置； 输入量是某一被测量（物理、化学、生物等）； 输出量是某种物理量（气、光、电等），主要是电物理量； 输出输入有对应关系，并应有一定的精度 1.1.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图示。 1.2传感器的分类 1.2.1按工作机理分 （1）物理型 按构成原理：结构型；物性型电信号 非电物理量 敏感元件转换元件接口电路 辅助电源

结构型：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用物理学中场的定律构成的，动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如：磁隙型电感传感器、电动式传感器等。 物性型：是利用物质定律构成的，利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。 按能量转换情况：能量控制型、能量转换型 能量控制型：在信息变化过程中，其能量需要外电源供给。如：电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等。 能量转换型：主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如：压电效应、热电效应、光电动势效应等。 按物理原理 电参量式（包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式）、磁电式（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等）、气电式、热电式、波式（包括超声波式微波式等）、射线式、半导体式、其它原理等。可以是两种以上原理的复合形式。 （2）化学型 利用电化学反应原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极。核心部分是离子选择性敏感膜。广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测

用于多电机同步控制的角位移传感器设计

用于多电机同步控制的角位移传感器设计 Design of rotate displacement sensor used to multi-drive synchronization system 奚小网1，陆 荣1，高 波2 XI Xiao-wang1, LU Rong1, GAO Bo2 （1. 无锡职业技术学院 机电技术学院，无锡 214121；2. 中国船舶科学研究中心，无锡 214082） 摘 要：本文介绍了一种可用于多电动机同步控制系统的角位移传感器。它采用导电塑料电位器为敏感元件，电位器滑动转轴与质量块固定，将传感器转角的变化转换成电阻的变化并通过测量转 换电路改变输出电压，输入变频器控制多电机同步运行。详细分析了传感器的结构、特点和 测量转换电路。实验表明输出电压与角位移变化呈线性关系。 关键词：角位移传感器；多电机同步，变频，运算放大器 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0045-04 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).13 0 引言 角度和角位移的测量在现代工业生产中广泛应用，主要采用电阻式、电感式、电容式、光栅式、磁阻式等角度和角位移传感器[1]。在多电机同步控制系统中角位移传感器也有应用，但传统的角位移测量仪，因结构等方面的缺陷，影响了其使用寿命和可靠性。利用导电塑料薄膜电位器作为敏感元件，设计了一种新型角位移传感器，用于多电机同步运行控制，具有无接触式、结构简单、小巧轻便、线性好、控制精度高等特点，既提高了控制的可靠性和分辨率，又简化了装配工艺，降低了成本。 1 多电机同步控制原理 在造纸、纺织印染、轧钢等生产设备中，由于具有多点传动的要求，电动机的数量通常较多，对系统的调速控制也提出了更高的要求。在调速方式上，由于变频调速具有可靠性高、使用维护方便等特点，因此这些设备一般采用变频器传动交流异步电动机的调速方式[2]。在工艺上，通常要求这些传动电动机之间能够实现同步运行（例如造纸、纺织印染设备）或按照一定的牵伸比（线速度比）运行（例如轧钢机、化纤后处理设备）。如常用的印染后整理设备有显色皂洗机、退煮漂联合机、热风烘燥机、丝光联合机等，这些设备的传动电机较多。工作时，布卷从设备进口进入，经过多电动机传动后，在出口处再次形成布卷。显然，为防止布匹在加工过程中跑偏、起皱并保证一定的张力，要求多个电动机保持同步运行，即实现多单元同步传动。 图1为三单元同步控制系统框图。图中VF1为主令电动机变频器，VF2、VF3为轧车2以及轧车3的传动电机变频器。VF1的运行速度信号来自主控单元的主令给定，当主令信号确定后，整机的运 行速度就确定了。 图1 三单元同步控制系统示意图 本系统中，为保证轧车2、轧车3与轧车1的同步运行，变频器VF2、VF3 的速度由主令信号和同步检测装置共同给定。由图1可见，同步检测装置中的电位器接±5V直流电源，当电位器处于中间位置时，给定信号为0V。同步检测信号输入变频器辅助模拟量输入端后，可通过设定变频器内部参数得到如下速度控制信号： 收稿日期：2011-03-10 基金项目：江苏省高等教育人才培养模式创新实验基地项目资助（2008-47） 作者简介：奚小网（1967 -），男，江苏无锡人，副教授，工学硕士，研究方向为电工技术、功能材料及应用等。

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 。

电阻式传感器电子教案

传感器及自动检测技术 课程教案 授课题目（教学章节或主题）： 电阻式传感器 授课类型 理论课 授课时间 教学目标或要求： 1．掌握电阻应变效应的基本概念。 2．掌握电桥原理与各电桥的特点。 3. 掌握温度误差产生的原因及其补偿方法。 4．了解应变计的应用和发展现状。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 基本内容 一. 什么是应变效应 定义：电阻丝受外力作用时，将产生弹性变形和应变，与此同时其电阻值也发生改变，这种现象称为“电阻应变效应”。 图1 如图1所示设有一段长为L ，截面积为S ，电阻率为ρ的导体(如金属丝)，它具有的电阻为： l R S ρ = 式中：ρ—电阻丝的电阻率；L —电阻丝的长度；S —电阻丝的截面积。 当金属丝受拉时如图2所示，L 变长、r 变小，导致R 变大 。

图3 电阻应变片的结构 常用的金属应变片组要有两种结构：丝式和箔式两种。如图4所示 图4金属应变片 金属丝式应变片一般直径在0.012～0.05mm 的金属丝；金属箔式应变片 厚度在0.001～0.01mm 的金属箔； 三．应变片的主要参数 1.应变片电阻值（R0） 电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、350Ω，500Ω和1000Ω 等多种规格，以120Ω最为常用。 应变片的电阻值越大，允许的工作电压就大，传感器的输出电压也大，相应地应变片的尺寸也要增大，在条件许可的情况下，应尽量选用高阻值应变片。 2.绝缘电阻：要求>1010欧姆； 3.应变片的灵敏系数（K ） 金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度系数KS 表示。当金属丝做成应变片后，其电阻—应变特性，与金属单丝情况不同。因此，须用实验方法对应变片的电阻—应变特性重新测定。实验表明，金属应变片的电阻相对变化与应变ε在很宽的范围内均为线性关系。即 R K R ε?= R K R ε?= 金属应变丝的电阻相对变化与它所感受的应变之间具有线性关系，用灵敏度

位移传感器的工作原理都有哪些

电位器式位移传感器，位移传感器它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。 下面笔者来跟大家讲一下位移传感器的工作原理都有哪些 由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，位移传感器因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。 磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作

用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。 磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。 杭州奥仕通自动化系统有限公司成立于2011年，是一家专业提供塑料机械行业自动化系统解决方案的高科技技术企业。公司为意大利杰佛伦（GEFRAN）和法国赛德（CELDUC）在中国大陆地区的核心代理商，主要产品有塑料机械控制器（PLC）、伺服驱动器、位移传感器、压力传感器、注射力和合模力传感器、高温熔体压力传感器、固态继电器（SSR）、温控表等。

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

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3）传感器的组成： 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输

位移传感器

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。 位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地

板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；

传感器教案102电阻应变式压力检测

传感器教案102电阻应变式压力检测

Δ复习上节课内容：（略） Δ概述 力普遍存在于日常生活中。在科学研究和工农业生产中，力更是起着重要的作用。在生产过程中，压力检测与调剂操纵系统的应用专门广泛，例如锅炉蒸汽和水的压力监控；炼油厂减压蒸馏需要的低于大气的真空压力检测;在航空发动机试验研究中，为了研究发动机性能，必须测量过渡态的压力变化；电力系统中油路压力的测量和操纵等。对压力监控是保证工艺要求、生产设备和人身安全，实现经济运行所必须的。 检测力的传感器要紧有电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、压阻式传感器、电感式传感器等，本项目要紧介绍电阻应变式和压电式测力传感器。 电阻应变片及弹性敏锐元件 电阻应变片（也称应变计或应变片）是电阻应变式传感器的核心元件，它是一种电阻传感器，要紧由弹性敏锐元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。它是把应变转换为电阻变化，再用相应的测量电路将电阻转换成电压输出的传感器。利用电阻应变式传感器能够直截了当测量力，也能够间接测量位移、形变、加速度等参数。常用的电阻应变片有电阻丝应变片和半导体应变片两种。 一、应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生气械形变时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 由电工学可知，金属丝电阻R可用下式表示： 式中──电阻率，Ω·M；L──电阻丝长度，M；A──电阻丝截面积，M2。 当沿金属丝的长度方向施加平均力时，上式中Ρ、R、L都将发生变化，导致电阻值发生变化。即得到以下结论：金属丝受外力作用而伸长时，长度增加，而截面积减少，电阻值会增大；当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小，而截面增加，电阻值会减小。阻值变化通常较小。 实验证明，电阻应变片的电阻应变ΕR=?R/R与电阻应变片的纵向应变ΕX的关系在专门大范畴内是线性的，即 其中? R/ R ──电阻应变片的电阻应变；K ──电阻丝的灵敏度。 式中的ΕR代表了被测件在应变片的应变。严格来讲，由于试件与应变片之间存在蠕变等阻碍，因此应变片与试件这两者的应变是有差异的，但差异并不专门大，工程上承诺忽略，但却存在一大弱点，确实是灵敏度低,一样为2.0～3.6。 二、电阻应变片的结构、材料和分类 电阻应变片的典型结构如图所示，由敏锐栅、基底、覆盖层和引线等部分组成。

传感器教案第二章 电阻式传感器

第二章 电阻式传感器 自1856年英国物理学家汤姆逊发现材料的电阻应变效应以来，在第二次世界大战期间制成了世界上第一片电阻应变式传感器，至今，它仍是测力与应变的主要传感器。其测力范 围小到肌肉纤维，约5×10-5N ，大到阿波罗登月火箭，维5×107 N ，精确度可达0.1%，好的可达0.01～0.005%，可有10年以上的校准稳定性。 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换为传感元件中电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。 它具有结构简单、性能稳定、灵敏度较高等优点，在几何量和机械量的测量领域中应用广泛。 电阻式传感器，根据其传感元件的不同，可分为应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等。 第一节 应变式传感器 应变式传感器基本上是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的。 它有以下优点： （1） 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，由于有保护覆盖层，可工作于各种恶 劣环境； （2） 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测； （3） 灵敏度高，测量速度快，范围大、体积小、动态响应好，适合静态、动态测量， 如变形可从弹性到塑性，由1～20%变化；分辨率可达1～2微应变（με）；误差小于1%； （4） 可以测量多种物理量。 因此，至今，它仍是测力与应变的主要传感器，广泛应用于测量应变力、压力、转矩、位移、加速度等。其缺点是电阻会随温度变化，产生误差。测量容器内部应变时无法粘贴，故难以测量。 一、工作原理 （一）金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 由电阻公式 S L R ρ = （2-1） 差分

角位移传感器(详细介绍)

角位移传感器 角位移传感器的概念 角位移传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量,它采用非接触式专利设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。下图所示为是角位移传感器的一种型号： 角位移传感器的原理 有以下三种情况： (1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器, (2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器, (3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等. 它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。如下图所示： 角位移传感器简化原理图 角位移传感器特点： 该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器(LVDT)的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60(总共120)度。此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。

角位移传感器的应用 从力学分类来看，有一种在静态下工作的角位移传感器，例如吊车和塔吊的吊臂上就用重锤方式角位移传感器，只能用于没有加速度运动的环境，通俗的理解就是不能在运动剧烈的环境上应用，只能用在静态的场合，是地球重力场直接作用下的倾斜仪器，类似的有气泡水准仪器，例如在经纬仪，全站仪，装修行业上使用，水平联通管也是类似的原理。 角位移传感器标准的测量方法是在旋转编码器上加重锤，重锤是产生重力作用的元件，在车辆运动环境下，就要用空气阻尼、油池阻尼、电磁阻尼来抑制重锤的晃动以至振荡，就必然使角位移传感器的灵敏度下降，响应速度下降。 角位移传感器也有非绝对编码，是增量输出的，如果没有起始脉冲专门信道，就要用自己外加初始定位传感器，一般是用红外的标准产品，缺点是精度低。 使用地磁角位移传感器基本上不受环境振动影响，又受电磁干扰影响，比赛车辆自身的电动机就要磁屏蔽。 航海、航空和航天器使用一种红外角位移传感器，对环境的可见光或红外辐射进行立体的比较，最简单的是求出运载工具相对太阳的姿态，是广角和立体摄影和图像处理技术的综合，最简单地要分辨地平线;在比赛的空间，要受到小环境的光线干扰。 角位移传感器的主要技术参数： 1.旋转位移，工作温度范围大，自带信号调节 2.免接触型传感器，适应不良环境(振动、冲击、潮湿、盐雾等，出色的温度稳定性) 3.线性(100%行程)：0.25~0.5 4.多种范围、直流输出 5.CE认证 电容式角位移传感器原理分析 电容式角位移传感器用于测量固定部件(定子)与转动部件(转子)之间的旋转角度，因其具有结构简单，测量精度高，灵敏度高，适合动态测量等特点，而被广泛应用于工业自动控制、汽车、航天及军事等角度定位监测领域。 一般来说，电容式角位移传感器由一组或若干组扇形固定极板和转动极板组成，为保证传感器的精度和灵敏度，同时避免因环境温度等因素的改变导致介电常数、极板形状等的间

电阻应变式传感器-实验报告

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， 在弹性围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

角位移传感器设计

传感器课程设计报告 专业：电子信息工程 班级：0 7 0 2 姓名：谭伟 设计课题：角位移传感器设计 2 0 1 0 年 6 月24 日

角位移传感器设计 目录 《角位移传感器设计》课程设计任务书 ------------------------------ 2 一、序言-------------------------------------------------------- 2 二、磁电式传感器 ------------------------------------------------ 3 三、基于UZZ9000和KMZ41的角度检测电路--------------------------- 3 3.1、UZZ9000的主要技术性能与特点 ------------------------------ 3 3.2、UZZ9000的引脚功能与封装形式 ------------------------------ 4 3.3、UZZ9000的内部结构与工作原理 ------------------------------ 4 3.4、磁阻式传感器KMZ41的特点---------------------------------- 4 3.5、由UZZ9000和KMZ41构成的角度检测电路---------------------- 5

《角位移传感器》课程设计任务书 1、总要求 能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。 2、总任务 针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。 3、设计题目 角度传感器设计 4、设计内容 居于UZZ9000和KMZ41组成的角度传感器电路 一、序言 角度传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量，角度传感器的原理有将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角度传感器、将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角度传感器，将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角度传感器等等。 从我的传感器设计任务——角度传感器设计出发，进行任务分析，查阅资料，确定总体方案。传感器的选用特别关键，因为这是训练式的设计，我可以选用结构简单，使用方便磁阻式传感器类型，通过查阅资料我选用角度传感器KMZ41 要将角度传感器得到的有用的信息显示出来，就必须将没有的干扰信号和噪声排除，所以在传感器后接上调制解，滤波，解调电路。由于KMZ41由两路正弦电压输出，我选择有两个A/D转换器的芯片——UZZ9000。而且通过查阅资料可以知道UZZ9000和KMZ41连接可以将KMZ41输出的两路正弦电压信号转换成线性电压信号输出，在报告首先简述一下所使用的芯片（UZZ9000和KMZ41）中A/D、D/A转换器、滤波器、时钟振荡、逻辑控制、算法控制和电桥的原理，通过阅读这些原理的介绍可以让读者更好地理解我所选用的设计方案。介绍完这些原理之后就介绍我的设计方案。由于没有实物，方案的可读性就大大降低了，所以本报告就介绍尽可能的详细，尽可能地让每一位读者能够很容易理解这个角度传感器设计方案

传感器原理及应用习题答案(完整版)

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ εμd R dR x + +=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量 应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。 答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而 为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢 构件中传播的速度； 又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 336211108.710/102--????= = ρ ν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228?=???=； 可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||63 4max =???= = -π 。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片又如何接桥为什么 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、 R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变E h b Fl x 206= ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为： 计算如下： 由公式： o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =； 1牛顿=千克力；所以，F=。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*s 2.力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是。 ; 2-7、何谓压阻效应扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点如何克服 答：“压阻效应”是指半导体材料（锗和硅）的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。 优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪器连接，使得测量系统简化。 缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在(3-5)%之间，因而使得测量结果有(±3-5)%的误差。 压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又部分地消除阻值随温度而变化的影响。 2-8 、一应变片的电阻R=120Ω，k=，用作应变片为800μm/m 的传感元件。