《电阻式传感器》课件

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1、第5章电阻式传感器徐州工程学院2010.03.20教学目的、要求：掌握电位器式电阻传感器结构、工作原理与特性，了解分类和优点重点、难点：电位器式电阻传感器的工作原理与特性主要内容：电位器式电阻传感器结构、分类、工作原理与特性5-1电位器式电阻传感器电位器式传感器又称为变阻式传感器。是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，除可以测量线位移或角位移外，还可

2、以测量一切可以转换为位移的其它物理量参数，如压力、加速度等。电位器式电阻传感器一、结构1）结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；2）受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；3）可以实现输出—输入间任意函数关系；4）输出信号大，一般不需放大。电位器式电阻传感器优点缺点：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。二、分类按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等，在线绕电位器中又有单圈

3、式和多圈式两种；按其特性曲线不同，则可分为线性电位器和非线性(函数)电位器三、工作原理及特性线性线绕电位器空载特性、灵敏度、阶梯特性和阶梯误差和分辨率；非线性电位器的空载特性；电位器的负载特性及负载误差。电位器式电阻传感器5.1.1线绕式电位器传感器（滑线变阻器）线绕式电位器的结构和工作原理由骨架和电阻丝、电刷三部分组成。线性电位器的空载特性灵敏度增大线圈匝数W，可减少阶梯误差。线性电位器的空载特性阶梯误差:分辨率:线性电位器的负载特性工作原理图电位器的相对输出电位器的电阻相对变化量电位器的负载系数令：电位器的相对行程对线性电位

4、器，有：r=X线性电位器的负载特性00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.91rY0.010.10.20.510KL=∞电位器负载特性曲线结论：KL不能太小！相对负载误差:最大相对误差:线性电位器的负载特性非线绕式电位器合成膜电位器金属膜电位器导电塑料电位器导电玻璃釉电位器光电电位器是一种非接触式电位器。它用光束代替一般电位器上的活动触点--电刷5.2应变片式电阻传感器教学目的、要求：掌握应变片式电阻传感器工作原理，掌握测量电路及其补偿方法，掌握应变片的布置及

5、接桥方式重点、难点：应变片式电阻传感器工作原理，掌握测量电路及其补偿方法主要内容：应变片式电阻传感器工作原理，测量电路及其补偿方法，应变片的布置及接桥方式，传感器结构、种类各种电子秤高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平机械秤包装机吊秤5.2.1应变片的结构和工作原理17电阻应变片结构示意图bl栅长栅宽由敏感栅、基底、盖片、引线和粘结剂等组成。（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

6、积内的平均轴向应变量。（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。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。19（3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。当金属丝在

7、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。设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R为两边取对数，得等式两边取微分，得应变片的工作原理--应变效应21dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。S=πr2dS/S=2·dr/rεr=–με由材料力学知将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。22KS由两部分组成：前一部分（1+2μ）：由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，

8、因此（1+2μ）≈1.6；后一部分：电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。对金属材料，以前者为主，则KS≈1+2μ；对半导体，KS值主要由电阻率相对变化所决定。实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。物理