当前位置：文档之家 › 第2章_电阻式传感器及应用资料

第2章_电阻式传感器及应用资料

  • 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

电阻式传感器精品PPT课件

电阻式传感器精品PPT课件
6. 理解应变式传感器的结构设计及应用
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入

电阻式传感器

电阻式传感器
受力后材料的电阻率发生的变化，即d/。 对金属材料而言，以第一项为主。
对于确定的材料,(1+2)项是常数,数值约在1～2之间。 实验证明
d /
结论：
x dR / R Ks x
也是一个常数，因此得到 ：
dR Ks x R
金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变成正比关系。 （三）应变片测量原理 应变片测量应力时，在外力作用下被测对象将产生微 小的机械变形，应变片随其发生相同的变化，同时， 应变片电阻也发生相应变化。 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。

若电阻丝是圆形的，则A=r2，r为电阻丝的半径， 得： dA=2rdr，则 dA 2 rdr dr 2 2 A r r dL x —金属丝轴向应变，一般；0.24~0.4 令 L dr r —金属丝径向应变。 r 由材料力学得知:
在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径 向缩短，轴向应变和径向应变的关系可表示为：
r x
式中——金属材料的泊松系数
dR d (1 2 ) x R 金属丝的灵敏系数： dR / R d / Ks (1 2 ) x x
物理意义：
单位应变所引起的电阻相对变化。
灵敏系数受两个因素影响：
受力后材料几何尺寸的变化，即 (1+2)
二、电阻应变片的结构和工作原理
（一）基本结构
电阻应变片（应变计）种类繁多，但其基本结构大体 相似，现以金属丝绕式应变片结构为例加以说明。 电阻丝应变片基本结构： 将金属电阻丝粘贴在基片上，上面覆一层薄膜，使它 们变成一个整体。
应变片规格： 以使用面积和电阻值表示，如310mm2，120
在将应变片构成应变式传感器，应变敏感栅粘贴在基 片上是能否应用于测量的关键之一，因此对粘合剂有 苛刻的要求。粘贴必须遵循粘贴工艺，这样才有可能 使应变片正常地工作。

电阻式传感器

电阻式传感器
r
F F
y x
r
a
l1 l (a) (b)
图3-5 横向应变 （a） 应变片及轴向受力图； （b） 应变片的横向效应图
第3章 电阻式传感器 综上所述，将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度改 变产生的应变情况相同，但由于圆弧段截面积增大,电阻值 减小，敏感栅的灵敏系数 k 较同样长度单纯受轴向力时的 灵敏系数 k0要小。这种因弯折处应变的变化使灵敏系数减 小的现象称之为应变片的横向效应。横向效应。
R R k L L
或
R k R
（3-36）
式中， ε为应变片的轴向应变， ε ＝ΔＬ／Ｌ。 k 为应变片的灵敏系数，又称“标称灵敏系数” 。
第3章 电阻式传感器 * 2．横向效应和横向灵敏度
当将图3-5所示的应变片粘贴在被测试件上时，由于其敏 感栅是由n条长度为l1 的直线段和直线段端部的n-1个半径为r 的半圆圆弧或直线组成，若该应变片承受轴向应力而产生纵 向拉应变εx外， 还在与x方向垂直的y方向产生压缩应变εy， 使圆弧段截面积增大，电阻值减小。
k0 dR R

(1 2 )
d

(1)应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ； (2) 应变片受力后材料的电阻率发生的变化， 即
d

。
对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ 的值要比(dρ/ρ)/ε大得多。一般金属材料在弹性形变时， μ约为0.3，所以k0的第一项约为1.6 。 用金属电阻材料制成的金属丝应变片和金属箔式应变 片，其灵敏系数k0主要取决于第一项，因电阻率的变化而 引起的电阻值变化是较小的。
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。

传感器和检测技术ppt课件

传感器和检测技术ppt课件

17.黄俊钦．静、动态数学模型的实用建模方法．北京：机械工业出版社， 1988
18. 马修水. 瑞士SYLVAC电容测量系统的发展. 工具技术，1989 (12)
19.于静江，周春晖．过程控制中的软测量技术．控制理论与应 用．1996,13(2)
20. 骆晨钟，邵惠鹤．软测量技术及其工业应用．仪表技术及传感器．
17
传感器原理及其应用－教学层次
中专级 大专级 本科级 硕士级 ……
精选ppt课件
18
谢谢！
传感器与检测技术 教学组
精选ppt课件
19
参 考 文 献 （续）
13.张正伟．传感器原理及应用．北京：中央广播电视大学出版社，1997
14.周春晖. 过程控制工程手册. 北京: 化学工业出版社，1993
15. 陈守仁. 自动检测技术及仪表. 北京: 机械工业出版社，1989
16. 费业泰. 误差理论与数据处理. 北京:机械工业出版社, 2002
课时数
2 4 6 2 4 6 8 2 34
作业 实验
* * * * * * *
15
参考文献
1. 王化祥,张淑英．传感器原理及应用．天津：天津大学出版社，1991 2. 常健生. 检测与转换技术. 北京:机械工业出版社. 2001 3. 严钟豪，谭祖根. 非电量电测技术. 北京：机械工业出版社，2003 4. 强锡富. 传感器. 北京：机械工业出版社，1998 5. 贾伯年，俞朴. 传感器技术. 南京：东南大学出版社，1992 6. 王俊杰. 检测技术与仪表. 武汉. 武汉理工大学出版社，2002 7. 郭振芹．非电量的电测量．北京：中国计量出版社，1986 8. 郁有文，常健，程继红编著. 传感器原理及工程应用. 西安：西安电子科

传感器原理及应用第2章

传感器原理及应用第2章

第2章 传 感 器 概 述 2.2.2 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应 特性。 由于传感器的惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传 感器的输出往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之中， 所以传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动态特 性来表示。一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的 变化规律，即具有相同的时间函数。实际的传感器，输出信号
2） 一阶系统
若在方程式（2-8）中的系数除了a0、a1与b0之外，其它的 系数均为零，则微分方程为
dy(t ) a1 a0 y (t ) b0 x(t ) dt
上式通常改写成为
dy(t ) y (t ) kx(t ) dt
(2-10)
第2章 传 感 器 概 述 式中：τ——传感器的时间常数，τ=a1/a0； k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=b0/a0。 时间常数τ具有时间的量纲，它反映传感器的惯性的大小， 静态灵敏度则说明其静态特性。用方程式（2-10）描述其动态特 性的传感器就称为一阶系统，一阶系统又称为惯性系统。 如前面提到的不带套管热电偶测温系统、电路中常用的阻
入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代
表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的 直线称为拟合直线。
第2章 传 感 器 概 述 传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合 直线之间的最大偏差值ΔLmax 与满量程输出值YFS 之比。线性度
也称为非线性误差，用γL表示，即
第2章 传 感 器 概 述
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类 2.2 传感器的基本特性
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类

第2章 温度传感器

第2章 温度传感器

1-热电极 绝缘材料 金属套管 接线 热电极;2-绝缘材料 金属套管;4-接线 热电极 绝缘材料;3-金属套管 盒;5-固定装置 固定装置 图2-10 铠装热电偶
3.薄膜热电偶 用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶 材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热 电偶。 如图2-11所示：
图2-11 薄膜热电偶
2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿 1.热电偶测温基本电路 如图2-12所示， 图（a）表示了测量某点温度连接示意图。 图（b）表示两个热电偶并联测量两点平均温度。 图（c）为两热电偶正向串联测两点温度之和。 图（d）为两热电偶反向串联测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点温差。 热电偶串、并联测温时，应注意两点： 第一，必须应用同一分度号的热电偶； 第二，两热电偶的参考端温度应相等。
图2-5 接触电势示意图
在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可 忽略不计，则热电偶的热电势可表示为： EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO) 对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时， EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成 单值函数关系，即： EAB(T,TO)=eAB(T)- c =f(T) 实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过 热电偶分度表来确定。 分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立 起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。
2.4.1 集成温度传感器基本工作原理 图2-16为集成温度传感器原理示意图。 其中V1、V2为差分对管，由恒流源提供的I1、I2 分别为V1、V2的集电极电流，则△Ube为：
I1 KT ∆U be = ln( γ ) q I2
只要I1/I2为一恒定值，则△Ube与温度T为单 值线性函数关系。 这就是集成温度传感器的基本工作原理。

《传感器及其应用》第二章习题答案..

第2.1章思考题与习题1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？答：（1）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。

（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。

并将其粘贴在绝缘基片上制成。

把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度，2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。

, 直R/ Rk =z（2 ）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。

3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度？答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。

所以其横向灵敏度便减小。

4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施？答:用应变片测量时，由于环境温度变化所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，所以必须采用温度补偿措施。

5、一应变片的电阻R=120 Q , k=2.05。

用作应变为800卩m/m的传感元件。

①求△ R和△ R/R ;②若电源电压U=3V，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U o。

已知：R=120 Q , k=2.05 , & =800 卩m/m;求：①△ R=?,A R/R= 2 ② U=3V 时，U0=?解①：, AR/ Rk =：R/R=k；= 2.05 800 =1.64 10：R=k；R=2.05 800 120 =0.1968门解②：初始时电桥平衡（等臂电桥）1 R MU 0 - U4 RU0 R・U」 1.64 10’ 3 = 1.23mV4 R 46、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Q的金属应变片R1和R2,把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a）。

电阻式传感器最新优秀课件.ppt

• 1). 原理与结构
2
1
3
直线型
123
旋转型
电阻式传感器最新优秀课件
• 2). 等效电路分析(一) • 直滑(线)电位器式传感器的测量转换电路,
其输出电压Uo与滑动触点C的位移量X成 正比:
• 旋转电位器式传感器的测量转换电路,其 输出电压Uo与滑动臂的旋转角度成正比:
电阻式传感器最新优秀课件
3).等效电路分析(二): 刷移动量. 2
料及制造工艺上下了很多工夫，发展了各种非线绕电位 器。
• 1).合成膜电位器 合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮
液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的 优点是分辨率较高、阻范围很宽（100—4.7MΩ），耐 磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性 度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容 易吸潮、噪声较大等。
电阻式传感器最新优秀课件
• 电阻应变式传感器原理演示
电阻式传感器最新优秀课件
• 实心等截面轴又称柱式弹性敏感元件，在力的作用下，它的位移 量很小，所以往往用它的应变作为输出量。(在它的表面粘贴应 变片，可以将应变进一步变换为电量)。设轴的横截面积为A，轴 材料的弹性模量为E，材料的泊松比为μ，当等截面轴承受轴向 拉力或压力F时，轴向应变(有时也称为纵向应变)εX为
电阻式传感器最新优秀课件
• 3). 导电塑料电位器 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，
这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的 粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好， 使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它 在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。 此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范 围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的 缺点是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不 易做得很高。

传感器原理及应用(第三版)第2章

上一页 下一页 返 回
金属丝的应变灵敏系数
K0由两部 分组成
①受力后材料几何尺寸变化（1+2μ）
②受力后材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε（与几何尺寸及 金属丝本身特性有关）
对于金属电阻丝（1+2μ ）>>（Δ ρ /ρ ）/ε ，金属丝应变片灵敏 系数k0主要由材料的几何尺寸变化决定，即对于用金属制成的应变片 来说，起主要作用的是应变效应（电阻的相对变化与伸长或缩短间 存在比例关系叫应变）。金属丝的μ =0.25～0.5(钢的μ =0.285)故 k0≈1+2μ ，k0≈1.5～2。 对于半导体则不同：当半导体材料受到应力作用后，其电阻率发生 明显的变化，称为压阻效应。因此（Δρ/ρ）/ε=πE >> （1+2μ ） 故可忽略（1+2μ ）的影响，即对于用半导体制成的压阻传感器来说， 起主要作用的是压阻效应。半导体的k0≈ πE ≈ 50～100，灵敏度是 金属材料的几十到上百倍。 弹性模 压阻系
AR RK
上一页
下一页
返
回
不引入补偿块（如下图所示） – 起到温度补偿作用 – 可提高灵敏度
A：如图，R1、RB正交粘结 则： U AR' RK (1 )
0
R正反面（R1受拉，应变为正；RB受压，应变为负） 则： '
U0 2 AR RK
应变计
应变片的粘贴
1. 检查通断 13.固定 5 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处 临时固定，移动胶带位置使应变片达到 3 .再用细砂纸精磨（ 45度交叉纹）。 粘贴、焊接后，用胶布将引线和 正确定位。 2 .在选定贴应 被测对象固定在一起，防止拉动 4 .用棉纱或 引线和应变片。 变片的位置划

传感器与检测技术第2章-1_应变式传感器


E 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
EK 4
1
2
3
4
当仅桥臂AB单臂工作时，理想输出电压为
Ug E R E K
4R 4
44
电桥分类
B R1=R
A
Ug
R2=R C
R3=R’ R4=R’
E
D
第一对称电桥
2、第一对称电桥
若电桥桥臂两两相等，即R1 =R2=R ， R3=R4=R′ ， 则 称
16
2.1数 （二）横向效应 （三）动态特性
17
应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下， 于室温下测得的电阻值
• 电阻系列：60、120、200、350、500、1000 Ω
电阻值大
可以加大应变片承受电压， 输出信号大， 敏感栅尺寸也增大
18
25
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栅材料的电阻温度系
数为αt ，则应变片产生的电阻相对变化为
R R
1
t t
26
由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当
Δt 存在时，引起应变片的附加应变，其值为
2t g s t
βg—试件材料线膨胀系数；βs—敏感栅材料线膨胀系数。
金属箔式应变片
13
金属薄膜应变片
• 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上 形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅， 再加上保护层，易实现工业化批量生产
• 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范 围广，易实现工业化生产
• 问题：难控制电阻与温度和时间的变化关系
15
  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)。