《传感器期末复习》PPT课件

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1、复习《传感器原理》复习复习复习复习复习复习复习复习2011时间：5月21日（周日）上午9：00～11：30答疑：地点：教116时间：5月23日（周一）下午14：45～16：45考试：地点：教402考试题型：填空题：40分简答题：20分综合题：40分传感器的定义：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。绪论传感器的组成：通常由敏感元件和转换元件组成。●敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；●转换元件是指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器的一般特性传感器的特性是指传感器的输入信号与

2、输出信号的关系。传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态（即输入量对时间t的各阶导数为零）或缓慢变化时，传感器的输出值与输入值之间的关系。传感器的主要静态性能指标：1、测量范围和量程2、分辨力和阈值3、灵敏度4、迟滞5、重复性6、线性度7、时漂和温漂8、总精度传感器的动态特性是传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态响应，一般采用正弦信号和阶跃信号作为输入信号。传感器对正弦输入信号的响应为传感器的动态频率响应，对阶跃输入信号的响应为传感器的动态阶跃响应。电阻应变式传感器上式表明：在应力作用下，金属材料的电阻相对变化与其轴向应变

3、成正比。这就是金属材料的应变电阻效应。一、电阻应变计的工作原理1、金属材料的应变电阻效应金属丝在应力εx作用下产生轴向伸长、径向缩短形变，从而使其电阻发生变化。金属材料电阻的相对变化与轴向应变εx的关系：式中：Km=(1+2μ)+C(1-2μ)金属材料的应变灵敏度系数（简称灵敏系数）2、半导体材料的应变电阻效应半导体材料受到应力作用后，其内部电阻率发生变化。半导体材料电阻相对变化与轴向应变εx的关系：式中：Ks=1+2μ+πE半导体材料的应变灵敏度系数上式表明：在应力作用下，半导体材料的电阻相对变化与其轴向应变成正比。这就是半导体材料的应

4、变效应。综合上述两种情况，可得导电材料的应变电阻效应为：式中：K0导电材料的应变灵敏度系数二、电阻应变片的主要特性金属丝应变片的横向效应金属应变片的敏感栅通常是呈栅状。它由轴向纵栅和圆弧横栅两部分组成。▲由于试件承受单向应力σ时，其表面处于平面应变状态中，即轴向（拉伸）应变εx和横向（收缩）应变εy。▲其纵栅主要感受轴向应变εx、横栅主要感受横向应变εy，从而引起应变片总电阻的变化为：它表示当εy=0时，单位轴向应变εx引起的电阻相对变化式中：K=Kx(1-μH)它表示当εx=0时，单位横向应变εy引起的电阻相对变化双向应变灵敏系数比，称

5、为横向效应系数双向应变比（横向应变与轴向应变比）实验证明：εy/εx=-μ0μ0双向应变比系数Kx轴向灵敏系数式中：Ky横向灵敏系数H=Ky/Kxα=εy/εx在横向应变εy和轴向应变εx的作用下，横栅所产生应变电阻的增量与纵栅所产生应变电阻的增量方向相反。其原因就是横向应变和轴向应变对横栅作用的结果。结论：在单位应力、双向应变情况下，横向应变总是起着抵消轴向应变的作用。应变片既敏感轴向应变，又同时受横向应变影响，使灵敏系数及相对电阻比都减少的现象，称为横向效应。金属丝应变片横向效应系数H横向灵敏度系数Ky与轴向灵敏度系数Kx之比值，称为

6、横向效应系数H。消除金属丝应变片横向效应的办法——短接式、直角式横栅三、应变片的温度效应及其补偿敏感栅在温度的作用下，产生电阻的变化，这种情况称为敏感栅的热阻效应。在温度的作用下，应变片线膨胀、试件体膨胀引起应变电阻的相对变化，这种情况称为敏感栅的热膨胀效应。式中：αt敏感栅材料的电阻温度系数（Ω/℃）K应变片的灵敏系数βs、βt分别为试件和敏感栅材料的线膨胀系数（m/℃）上式表明在温度的作用下，应变片电阻相对变化与其敏感栅材料的电阻温度系数αt、敏感栅材料线膨胀系数βt、试件和基底材料体膨胀系数βs有关，这是应变片的温度效应。综合以上分

7、析得出结论在温度的作用下，引起应变片电阻的相对变化为：上式以应变形式表示，称为应变片的热输出（温度作用的结果实际最终是以应变的形式表现出来），即热输出由上两式可以看出，应变片的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为应变片的热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件（和基底）热膨胀所引起。热输出补偿方法常采用的方法有：温度自补偿法桥路补偿法四、测量电路应变直流电桥U电源电压U0输出电压R1R2R4R3ABCD直流电桥桥路输出电压变化量ΔU0与桥臂应变电阻的相对变化有关：实际上，应变电阻的相对变化ΔR/R等于其所受到应变ε，即：ΔR1/R1=Kε

8、1，ΔR2/R2=Kε2ΔR3/R3=Kε3，ΔR4/R4=Kε4因此，有：结论：从上式可见桥路输出电压变化量ΔU0与桥臂各个应变电阻所受的应变ε有关利用上述特点可以进行温度补偿和提高测量的灵