当前位置：文档之家 › 第2章电阻式传感器及应用.

第2章电阻式传感器及应用.

  • 格式：ppt
  • 大小：2.85 MB
  • 文档页数：110

下载文档原格式

  / 110

合集下载

第2章 电阻应变式传感器

第2章 电阻应变式传感器


（ 2 2 ）
传感器原理与应用——第二章
电阻相对变化量为：
dR dL d dA R L A
若电阻丝是圆形的， 则A=πr ² 微分 ,对r
（ 3 2 ）
l
2r
2(r-dr)
F
l+ dl
得dA=2πr dr，则：
dA 2rdr dr 2 2 A r r
图2-1 金属丝的应变效应
• 应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量 等参数应用最广泛的传感器。
传感器原理与应用——第二章
2.1 电阻应变片的基本原理 应变式传感器的核心元件是电阻应变片，它可将试件 上的应力变化转换成电阻变化。 2.1.1 应变效应 当导体或半导体在受到外界力的作用而不能产生位移
时，则会产生机械变形（它的几何形状和尺寸将
指 示 应 变 卸载
Δε
εi
加载 机械应变εR 图2-6 应变片的机械滞后
传感器原理与应用——第二章
产生原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，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，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充
分等。
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。
很宽的范围内均为线性关系。
传感器原理与应用——第二章
即:
R
R
K 或
K
R
R
（ 14 2 ）
K为金属应变片的灵敏系数。
测量结果表明，应变片的灵敏系数K恒小于线材的
灵敏系数KS。原因主要是胶层传递变形失真及横向效

电阻式传感器(应变式传感器

电阻式传感器(应变式传感器

d E
（2-10）
8
式中： π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量; ε——半导体材料的应变。
将式（2-10）代入式（2-9）中得
dR (1 2 E)
R
（2-11）
实验证明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半导 体应变片的灵敏系数为
14
表2-1 常用金属电阻丝材料的性能 15
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于它有很多 优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形范围内能保持为常 数， 进入塑性变形范围内也基本上能保持为常数；康铜的电阻 温度系数较小且稳定，当采用合适的热处理工艺时，可使电阻 温度系数在±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于 焊接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值， 根据应力与应变的关
系，得到应力值σ为
σ=E·ε
.2.1 金属电阻应变片的种类
引线
覆盖层 基片
b
l 电 阻 丝式 敏 感 栅
图2-2 金属电阻应变片的结构
11
敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的基片上，其 上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。金属电阻 应变片的敏感栅有丝式和箔式两种形式，如图2-3所示。丝式金 属电阻应变片的敏感栅由直径0.01～0.05mm的电阻丝平行排列 而成。箔式金属电阻应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一 种很薄的金属箔栅， 其厚度一般为0.003~0.01mm，可制成各种 形状的敏感栅（即应变花），其优点是表面积和截面积之比大， 散热性能好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状， 便于批量生产。覆盖层与基片将敏感栅紧密地粘贴在中间，对 敏感栅起几何形状固定和绝缘、保护作用，基片要将被测体的 应 变 准 确 地 传 递 到 敏 感 栅 上 ， 因 此 它 很 薄 ， 一 般 为 0.03 ～ 0.06mm, 使它与被测体及敏感栅能牢固地粘合在一起，此外它 还应有良好的绝缘性能、抗潮性能和耐热性能。基片和覆盖层 的材料有胶膜、纸、玻璃纤维布等。

第2章电阻式传感器及应用

第2章电阻式传感器及应用

2019/11/7
15
4.焊接：检查合格 后用烙铁焊接引出 线，注意不要把端 子扯断。
2019/11/7
16
5.固定：焊接后 用胶布将引线和 被测对象固定在 一起，防止损坏 引线和应变片。
2019/11/7
17
二、应变片的工作原理
金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。
R


l A


l
r2
例如，当x为0.000001时，在工程中常表示为110-6
或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变(με)。
对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变 最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过 材料的极限强度而导致断裂。
2019/11/7
24
应变片用于测量力F的计算公式：
2019/11/7
19
电阻丝变形过程
• 以圆柱形导体为例：电阻R（根据电阻的定义式）
图2-3 金属电阻丝应变效应
电阻丝 电阻率
电阻丝 截面积
2019/11/7
R


l A


l
r2
电阻丝 长度
电阻丝 半径
20
当导体因某种原因产生应
变时，其长度L、截面积A和 电阻率ρ的变化为dL、dA、 dρ相应的电阻变化为dR。
1）单臂电桥
R1为工作应变片， R2、R3、R4为固定电阻。 假设桥臂R1的阻值变为 R1+Δ R1。 则输出电压：
UO=U14-U24 =[R2/(R1+Δ R1+R2) -R4/(R3+R4）]U
2019/11/7
32
经运算：U0=-[ΔR1R4/（R1+ΔR1+R2）（R3+R4）]U 分子分母同除以R1R3，

第2章电阻式传感器01

第2章电阻式传感器01

2. 工作温度范围宽：常温器件适用于55℃～315℃，但大部分器件工作于25℃～125℃。
3. 体积小，使用方便：能够测量其他温度计 无法测量的空间。
4. 易加工成复杂的形状，可大批量生产，易 于集成。
热敏电阻传感器 —应用
1. NTC可以应用于仪表、家用电气设备， 以及中低温干燥箱、恒温箱等场合的温 度测量与控制。
这种传感器主要有两种形式： Pt100和Pt10。 Pt100和Pt10的电阻值在 0℃时分别为100Ω和10Ω， 它们的测温范围均为 -200℃～850℃。
Pt10是用较粗的金属铂丝制成的，耐温性能优于 Pt100 ，主要用于 650℃以上的测温。由于金属铂是 贵金属， Pt10的成本较 Pt100 高，所以在测量低于 650℃以下的温度时，以 Pt100为主，另外 Pt100的 分辨率比 Pt10的分辨率大 10倍。
热电阻式传感器 ?铂热电阻 ?铜热电阻 ?常用连接方式
热敏电阻传感器 ?热敏电阻的分类及特性 ?热敏电阻的应用
应变式传感器 ?应变式传感器工作原理 ?电阻应变片的结构 ?应变片的误差及补偿
铂热电阻传感器
以金属铂作感温元件，再与内引线和保护管一起， 就组成了铂热电阻温度传感器。它通常还与外部测 量电路、控制装置及机械装置连接在一起构成温度 传感器。
1：价格也低。 2：体积大，响应慢，稳定性差，在测量精 度要求不是很高，测量的温度较低时经常用。
铜热电阻在-50℃～150℃的使用范围内， 其电阻值与温度的关系可表示为：
R?t ?? R0 ??1? At ? Bt2 ? Ct3 ??
热电阻式传感器
——常用连接方式（两线制）
热电阻式传感器
——常用连接方式（三线制）
第二章 电阻式传感器

第2章电阻式传感器(2009)

第2章电阻式传感器(2009)
理论特性曲线
理想特性曲线
0
x
3. 非线性线绕电位器结构
Rx
1. 用曲线骨架绕制的非线性变阻器 2. 三角函数变阻器 3. 用分段法制成的非线性变阻器 线绕电位器 优点：精度高、性能稳定、易于实现线性变化等； 缺点：分辨率低、耐磨性差、寿命较短。
x
二、非线绕式电位器 1. 膜式电位器
碳膜电位器 优点：分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度较好； 缺点：接触电阻大、噪声大。 金属膜电位器 优点：温度系数小；缺点：耐磨性差、功率小、阻值不高。
电阻器 绕线式
制作 直径0.012~ 0.1mm的镍铬 合金的精密电阻丝绕在绝 缘胶木板等卷芯上而制作 电阻胶印在陶瓷基板上， 并用高温烧制而成 将基板的树脂与电阻墨制 成一体，或将电阻胶涂于 薄膜基片上 导电性树脂涂于线绕式电 阻元件上
特点 电阻温度系数非常好， 为±5~20×10-6/℃，精 度、稳定性、重复性比 薄膜式好，分辨力低于 薄膜式 分辨力高，环境适应性 强，电阻温度系数为 ±200×10-6/℃ 分辨力、寿命、高速响 应特性好。电阻温度系 数为±400×10-6/℃ 兼有绕线式和导电塑料 式的优点，电阻温度系 数为±150×10-6/℃
KLr XR r Y 2 2 2 KL r r 1 r / KL r / KL 1 X R / KL X R / KL
式中 r——电阻的相对变化； KL——电位器负载系数的倒数； XR——电刷的相对行程； Y——电位计相对输出电压。
负载效应 Y 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 KL =∞ 0.5
dR d e x 2e y R
dR d (1 2m )e x R
令金属丝的轴向应变为dL/L=ex;径向应变为dr/r=ey 在弹性范围内，金属丝受拉力或压力时，沿 轴向伸长，沿径向缩短，则轴向应变和径向 应变的关系为：

第2章 电阻应变式传感器

第2章 电阻应变式传感器
2
F
3.2.2 位移传感器
R4 R3 U0 R1 E R2 R1 R2 F
图2.11 应变片式线位移传感器
U
3.2.4 压力传感器
0
= k U ε = kU
3l 4 Eb h
2
F
3.2.3 加速度传感器
作业: 作业:
1. 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 什么叫电阻式传感器?什么是电阻应变效应? 2. 电阻应变式传感器的工作原理? 电阻应变式传感器的工作原理? 3. 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 作出桥式测量电路图,并推导直流电桥平衡条件, 以及不对称电桥的输出电压变化. 以及不对称电桥的输出电压变化.
3.2 应用
3.2.1 应变式测力与荷重传感器
kU F U 0 = 2 (1 + ) AE
图2.8 受力圆柱上应变片的粘贴
图2.9 受力薄臂环上应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
1 .092 R bδ E
2
F
图2.10 受力等强度梁应变片的粘贴
U
0
= k U ε = kU
6l E b0 h
1
Z3 = Z 2Z 4
z1 z3 = z 2 z 4
φ1 + φ3 = φ2 + φ4
或
(R1 + jX1)(R3 + jX3 ) = (R2 + jX2 )(R4 + jX4 )
2.2 电桥的调平衡
在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节. 在应变片工作之前必须进行电桥的平衡调节.对于直流 电桥可采用串联或并联电位器法, 电桥可采用串联或并联电位器法,对于交流电桥一般采用阻 容调平衡法. 容调平衡法.

2、电阻式传感器原理与应用


dA 2 dr Ar
x

dL L

y

dr r
r为金属丝半径
εx为金属丝轴向应变
εy为金属丝横向应变
➢ 轴向应变εx的数值一般很小， 常以微应变度量；
➢ μ为电阻丝材料的泊松比，一 般金属μ=0.3-0.5；
对金属材料，电阻率几乎不变：
λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；
由于空腔内传压介质的高度比被测溶 液的高度高，因而腰形筒微压传感器处 于负压状态。
为了提高测量的灵敏度，安装了两只 性能完全相同的微压传感器。
液位传感器： 当容器中液体多时，感压膜感受的压力大，将两只微压
传感器的电桥接成正向串联的形式，则输出电压为：
U0 U1 U2 (A1 A2 ) g h
料常用康铜和镍铬合金等。 目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。
由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此 它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类 型有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上 施加力时，其电阻的变化方式不同)。
半导体应变片的特性（与金属应变片相比较)：
✓灵敏系数S：表示应变片变换性能的重要参数。
✓绝缘电阻：应变片与试件间的阻值，越大越好。 一般大于1010Ω。
✓其它性能参数（允许电流、工作温度、应变极限、 滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度 等）。
3.2 测量电路及温度补偿 电阻应变片将应变转换为电阻的变化量，测量电路
将电阻的变化再转换为电压或电流信号，最终实现被测 量的测量。
定义：电阻丝的灵敏度系数S0——表示单位应 变所引起的电阻相对变化。
电阻应变片灵敏度系数S称为“标称灵敏度系 数”，由实验测定。

第2章---电阻式传感器


eebbay
Uxmax / Uxm a x
n
100 %
1 n
100
%
图2-5 理想阶梯特性曲线
电阻式传感器
理论直线：
过中点并穿过阶梯线的直线。 阶梯曲线围绕其上下跳动，从 而带来一定的误差，这就是阶 梯误差。
j
(1 Umax) 2n Umax
1 2n
100%
图2-5 理想阶梯特性曲线
二、非线性电位器
电阻式传感器
2.2 电阻应变式传感器--应变片
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金 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。
电阻式传感器 一、 电阻应变片的工作原理
提出问题
金属丝受拉或受压时，l、r 和 R 将如
何变化？
电阻式传感器
一.线性电位器的空载特性
当被测量发生变化时，通过电刷触点在 电阻元件上产生移动，该触点与电阻元 件间的电阻值就会发生变化，即可实现 位移(被测量)与电阻之间的线性转换。
电阻式传感器
Ux
Байду номын сангаас
Rx Rmax
U max
x xmax
U max
Rx
Rmax xmax
x kRx
Ux
U max xmax
x
ku x
电阻式传感器 二、 电阻应变片的主要特性
例 如果将100 的电阻应变片贴在弹性
试件上，试件受力横截面积S＝0.5×10－4 m2， 弹性模量E＝2×1011 N/m2，若有F＝5×104 N的
拉力引起应变片电阻变化为1 。试求该应变 片的灵敏系数。
电阻式传感器
二、 电阻应变片的主要特性

(完整版)电阻式传感器例题与习题

第二章电阻式传感器原理与应用[基本要求]1. 掌握金属应变式传感器的构成原理特性；2. 掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻器件设计特点；3. 了解电阻应变式传感器动的粘贴方法；4. 通过对电阻应变片测量电路分析，掌握直流惠斯通电桥结构形式及特点。

[例题分析]例题2-1 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m 2，弹性模量E =2×1011 N/m 2 ，若有F=5×104 N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。

试求该应变片的灵敏度系数？解：由题意得应变片电阻相对变化量1001=∆R R 根据材料力学理论可知：应变Eσε=（σ为试件所受应力，SF =σ），故应变 005.0102105.01051144=⨯⨯⨯⨯=⋅=-E S F ε应变片灵敏度系数2005.0100/1/==∆=εRR K 例题2-2 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2）如图2-1（a)所示。

已知l =100mm 、b=11mm 、t=3mm ，E=2×104N/mm 2。

现将四个应变片接入图（b ）直流电桥中，电桥电压U=6V 。

当力F=0.5kg 时，求电桥输出电压U 0=?解： 由图（a ）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下各两片。

当重力F 作用梁端部后，梁上表面R 1和R 3产生正应变电阻变化而下表面R 2和R 4则产生负应变电阻变化，其应变绝对值相等，即Ebt Fl242316==-=-==εεεεε 电阻相对变化量为ε⋅=∆=∆-=∆-=∆=∆K RRR R R R R R R R 44223311 现将四个应变电阻按图（b ）所示接入桥路组成等臂全桥电路，其输出桥路电压为mV V Ebt FlK U K U R R U 8.170178.01023111008.95.06264220==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅∆=εε例题2-3采用四片相同的金属丝应变片(K =2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。

第02章 电阻式传感器


金属箔式应变片：利用光刻、腐蚀等工艺制成的一
种很：薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.003～0.01mm。
其优点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制 成各种所需的形状, 便于批量生产。
金属箔式应变片的结构形式
几种金属箔式应变片--可以根据测试物体的需要来选择各种形状的应变片
金属薄膜应变片： 采用薄膜技术（真空蒸发）， 优点是灵敏系数大； 可在大温差下工作（-197--317℃） （二）应变片的粘贴技术---简单了解 粘贴剂； 粘贴工艺；
dr dl
r
l
dS 2 dr Sr
dR d (1 2) dl d (1 2)
R
l
dR 令 R K 由上式，得到
d K (1 2)
K——金属电阻丝的相对灵敏度系数。
金属电阻丝的相对灵敏度系数受两个因素影响：
（1）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即 (1下列材料制成： （1）康铜（铜镍合金）：最常用； （2）镍鉻合金：多用于动态； （3）镍鉻铝合金：作中、高温应变片； （4）镍鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片； （5）铂及铂合金：高温动态应变测量。
（二）应变片的测量原理
用应变片测量应变或应力时,把应变片粘帖在被测对象表面上, 在外力作用下, 被测对象产生机械变形时, 应变片敏感栅也随着 变形, 应变片的电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值 变化量ΔR时, 便可得到被测对象的应变值ε(ΔR/R=k ε),再根据 应力σ与应变的关系（材料力学）, 得到应力值σ
σ=E·ε
式中 : σ——试件的应力; ε——试件的应变;
E——试件材料的弹性模量（材料固定，是已知量）。
由此可知, 应力值σ正比于应变ε, 而试件应变ε正比于电阻 值的变化, 所以应力σ正比于电阻值的变化, 这就是利用应变片 测量试件应力σ的基本原理。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

2018/9/21
23
2．电位器式位移传感器
2018/9/21
24
3．电位器式加速度传感器
2018/9/21
25
2.3 电阻应变式传感器


2.3.1 应变片与应变效应 1．电阻应变效应 导体、半导体材料在外力作用下发生机 械形变，导致其电阻值发生变化的物理 现象称为电阻应变效应 实验证明，在金属丝变形的弹性范围内， 电阻的相对变化R/R与应变是成正比， 即 R
（3）电桥的线路补偿

① 零点补偿 要求电桥的4个桥臂电阻值 相同是不可能的，这样就使 电桥不能满足初始平衡条件 （即U0≠0）。为了解决这 一问题，可以在一对桥臂电 阻乘积较小的任一桥臂中串 联一个可调电阻进行调节补 偿。
2018/9/21 42
② 温度补偿 环境温度的变化也会引起电桥电阻的变化，导致电桥的零点漂移， 这种因温度变化产生的误差称为温度误差。产生的原因有：电阻应 变片的电阻温度系数不一致；应变片材料与被测试件材料的线膨胀 系数不同，使应变片产生附加应变。因此有必要进行温度补偿，以 减少或消除由此而产生的测量误差。电阻应变片的温度补偿方法通 常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。 在只有一个应变片工作的桥路中，可用补偿片法。在另一块和被测 试件结构材料相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相 同的补偿片，使补偿块和被测试件处于相同的温度环境，工作片和 补偿片分别接入电桥的相邻两臂如图所示。由于工作片和补偿片所 受温度相同，则两者所产生的热应变相等。因为是处于电桥的两臂， 所以不影响电桥的输出。补偿片法的优点是简单、方便，在常温下 补偿效果比较好。缺点是温度变化梯度较大时，比较难以掌握。 当测量桥路处于双臂半桥和全桥工作方式时，电 桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等、符 号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温 度自补偿的目的。
第2章 电阻式传感器及应用
2018/9/21
1
引言



电阻式传感器的基本原理是将被测量的 变化转换成传感元件电阻值的变化，再 经过转换电路变成电信号输出。 常用来测量力、压力、位移、应变、扭 矩、加速度等。 电阻式传感器的结构简单、性能稳定、 灵敏度较高，有的还适合于动态测量。
2018/9/21
50
汽车衡（以下参考/21
51
2．压力传感器

压力传感器主要用于测量流体的压力
2018/9/21
52
3．位移传感器

应变式位移传感器是把被测位移量转变 成弹性元件的变形和应变，然后通过应 变计和应变电桥，输出正比于被测位移 的电量
2018/9/21
53
Uo 4 R

灵敏度为
Ui K 4
39
2018/9/21
② 半桥双臂工作方式


安装两个工作应变片，一个受拉应变， 一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称 为半桥差动电路，电桥的输出电压为 U i R Uo 2 R
灵敏度为

Ui K 2
40

线性关系，温度补偿等优点。
2018/9/21
③ 全桥4臂工作方式
4.加速度传感器
2018/9/21
54
2.4 热电阻传感器

按热电阻性质的不同分为两大类： 金属热电阻 热电阻 半导体热电阻 热敏电阻。
2018/9/21
55
2.4.1.1 热电阻传感器基本工作原理


热电阻是利用电阻与温度成一定函数关 系的特性，由金属材料制成的感温元件。 当被测温度变化时，导体的电阻随温度 变化而变化，通过测量电阻值变化的大 小而得出温度变化的情况及数值大小.
2018/9/21
56
2018/9/21
57
基本要求：

电阻温度系数（）要大，以获得较高的 灵感度；电阻率（）要高，以便使元件 尺寸可以小；电阻值随温度变化尽量呈 线性关系，以减小非线性误差；在测量 范围内，物理、化学性能稳定；材料工 艺性好、价格便宜等。
2018/9/21
37
（2）电桥工作方式

① 半桥单臂工作方式 ② 半桥双臂工作方式 ③ 全桥4臂工作方式
2018/9/21
38
① 半桥单臂工作方式

传感器输出的电阻变化量ΔR只接入电桥 的一个桥臂中，在工作时，其余3个电阻 的阻值没有变化（即 ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输出电 U i R 压为
2018/9/21
17
2.2.1 电位器的原理和基本结构

1．电位器的转换原理 电位器的电压转换原理如图所示，设电 阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两 端输入电压为Ui，则滑动端输出电压为

Uo
2018/9/21
x Ui L
18
角位移式电位器

对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的 旋转角度成正比，即
2018/9/21 43
2.3.3 应变式传感器应用实例


电阻应变片、丝测量机械、仪器及工程 结构等的应力、应变 与某种形式的弹性敏感元件相配合专门 制成各种应变式传感器用来测量力、压 力、扭矩、位移和加速度等物理量
2018/9/21
44
1．应变式测力与荷重传感器

电阻应变式传感器的最大用武之地是在 称重和测力领域

2018/9/21
R
K x
26
2．电阻应变片的结构与类型
电阻丝式应变片基本结构
应变片主要有金属应变片和半导 体应变片两类。金属片有丝式、 箔式、薄膜式3种电阻应变片
2018/9/21
27
2018/9/21
28
3．应变片的粘贴技术
① ② ③
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
应变片的检查 试件的表面处理 确定贴片位置 粘贴应变片 固化处理 粘贴质量检查 引出线的固定与保护 防潮防蚀处理
8
2018/9/21
2.1.3 变换力的弹性敏感元件

所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量 为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感 元件。常用的变换力的弹性敏感元件有 实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面 圆环、悬臂梁、扭转轴等 。
2018/9/21
9
变换力的弹性敏感元件
2018/9/21
10

14
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件

4．波纹膜片和膜盒
2018/9/21
15
2.1.4 变换压力的弹性敏感元件

5．薄壁圆筒和薄壁半球
2018/9/21
16
2.2 电位器传感器

电位器是一种常用的机电元件，广泛应 用于各种电器和电子设备中。它是一种 把机械的线位移或角位移输入量转换为 与它成一定函数关系的电阻或电压输出 的传感元件，主要用于测量压力、高度、 加速度、航面角等各种参数的测量

1．应变片测量应变的基本原理 2．测量转换电路
2018/9/21
32
1．应变片测量应变的基本原理


在外力作用下，被测对象产生微小机械变形， 应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻 值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化 量R时，便可得到被测对象的应变值。根据 应力与应变的关系，得到应力值σ为 σ=E· ε 应力值σ正比于应变，而试件应变正比于电 阻值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化， 这就是利用应变片测量应变的基本原理。
k lim
x 0
x

dx

2. 灵敏度 灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变 形的大小。它是刚度的倒数，即
2018/9/21 5
与刚度相似，如果元件弹性特性是线性的，则灵 敏度为常数；若弹性特性是非线性的，则灵敏度 为变数。 3. 弹性滞后 实际的弹性元件在加、卸载的正、 反行程中变形曲线是不重合的， 这种现象称为弹性滞后现象， 曲线1是加载曲线，曲线2是卸载曲线，曲线1、2 所包围的范围称为滞环。产生弹性滞后的原因主 要是弹性敏感元件在工作过程中分子间存在内摩 2018/9/21 6 擦，并造成零点附近的不灵敏区。
dx K dF
4. 弹性后效 弹性敏感元件所加载荷改变后， 不是立即完成相应的变形，而 是在一定时间间隔中逐渐完成 变形的现象称为弹性后效现象。 由于弹性后效存在，弹性敏感元件的变形不能迅 速地随作用力的改变而改 5．固有振动频率 弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率fo 有很大的关系，固有振动频率通常由实验测得。 传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振 动频率。 2018/9/21 7
直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、 R3、R4组成，其中a、c两端接直流电 压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电 压为Uo。在测量前，取R1R3 = R2R4， 输出电压为Uo=0。
2018/9/21
35
（1）直流电桥电路

当桥臂电阻发生变化，且ΔRi<<Ri，在 电桥输出端的负载电阻为无限大时，电 桥输出电压可近似表示为
Uo

360
Ui
2018/9/21
19
2018/9/21
20
2.2.2 电位器传感器负载特性

电位器输出端接有负载电阻时，其特性 称为负载特性。
2018/9/21
21
2.2.3 电位器传感器的应用实例

1．电位器式压力传感器 YCD—150型远程压力表原理图
2018/9/21
22
电位器式压力传感器的工作原理

若将电桥4臂接入4片应变片，即2个受拉应变， 2个受压应变，将2个应变符号相同的接入相对 桥臂上，构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂 的电阻值都发生变化，电桥的输出电压为
Uo RU i R