《电阻式传感器 》ppt课件

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1、第二章电阻式传感器第一节电位器式电阻传感器第二节应变式电阻传感器第三节电阻应变片的测量电路第四节电阻传感器应用第一节电位器式电阻传感器一、电位器式电阻传感器常用形式1、滑线式位移传感器2、角位移传感器3、分段电阻角位移传感器4、分段电阻直线位移传感器二、线绕式电位器结构和工作原理若线绕式电位器的线绕截面积均匀，则其电阻值变化均匀（线形）。若电位器为空载时，根据分压原理得：：工作电压：负载电阻两端的输出电压：线绕电位器电刷移动的长度：总长度：总电阻：对应于电刷移动量x的电阻值而对应的电阻变化为：表明改变测量电阻值所引起输出电压的变化为线

2、性变化。其中分别为电阻和电压灵敏度。他们分别标明了电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的变化量。均为常数若电位器的负载电阻，则输出电压为：表明当负载电阻不为零时，Y与r为非线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为非线性。当负载电阻为空载时，U0与x才满足线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为线性。第二节应变式电阻传感器一、工作原理1、应变效应导体或半导体材料在外（拉力或压力）力的作用时，产生机械变形，导致其电阻值相应发生变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”。2、金属电阻丝应变原理一根金属电阻丝，在其未受力时

3、，原始电阻值为式中：ρ—电阻丝的电阻率；l—电阻丝的长度；A—电阻丝的截面积。如果对电阻丝长度作用均匀应力，则ρ、L、A的变化dρ、dL、dA将引起电阻dR的变化，可以通过对上式做全微分求得：其相对变化量为：若电阻丝是圆形的，则，r为电阻丝的半径，对r微分得：dA=2πrdr，则令为金属电阻丝的轴向应变为径向应变由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。或通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变

4、所引起的电阻相对变化量，其表达式为灵敏系数K受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；另一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/εx。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)/εx大得多，而半导体材料的(dρ/ρ)/εx项的值比1+2μ大得多。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。得到：或表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变成正比。3、半导体应变原理半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。沿一块半导

5、体的某一轴向施加压力使其变形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的压阻效应。利用压阻效应制成的传感器称为压阻传感器或半导体应变片。当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为式中dρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为式中：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。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半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍，

6、但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，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式中：σ——试件的应力;E——试件材料的弹性模量;ε——试件的应变。由此可知，应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值的变化，所以应力正比于电阻值的变化。这就是利用应变片测量的基本原理。二、应变片的结构、材料和粘贴1

7、、应变片的结构2341bl栅长栅宽1-敏感栅，2-基底，3-盖片，4-引线（1）敏感栅：由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于

8、焊接，对引线材料的热电势小。对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。（2）基底和盖片：基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为