传感器与检测技术第02章

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1、第二章电阻式传感器1电位器式电阻传感器2应变片式电阻传感器电位器式：（电位计）应变式：物理量变化电阻变化传感元件属于大电阻变化型，R：0—R传物理量变化变形（应力、应变）敏感元件属于微电阻变化型，R：0—20%R传传感元件电阻变化电阻式传感器的基本原理：将被测量的变化转化成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量的变化电位计式传感器的优、缺点：优点：结构简单、尺寸小、重量轻、精度高(0.1%0.05%)、性能稳定、受环境因素影响小，可实现输出-输入任意函数关系，输出信号较大，一般不用放大。缺点：存在滑动触头与线圈等

2、之间的摩擦，输入能量要求较大，且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度。2.1电位器式电阻传感器电位计分类按输出-输入特性线性电位计非线性电位计按结构形式线绕式—在传感器中应用较多薄膜式—具有较高的精度和线性特性光电式—无摩擦和磨损，分辨率高2.1.1线性线绕电位计以线位移型为例若变阻器式：若分压器式：kR电阻灵敏度kU电压灵敏度一、线性线绕电位器式传感器工作原理：kR电阻灵敏度kU电压灵敏度二、阶梯特性、阶梯误差和分辨率2阶梯特性电位计输出电压随x的变化是不连续的，而是一条阶梯形的折线。1理论特性曲线（线性

3、）通过每个阶梯中点的曲线。4阶梯误差阶特梯形曲线围绕理论特性曲线上下波动产生的偏差。5分辨率电压分辨率和行程分辨率3视在分辨脉冲：主要分辨脉冲，次要分辨脉冲。2.1.2非线性电位器非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻)与电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器，也称函数电位器。常用的非线性线绕电位器有变骨架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。2.1.3负载特性与负载误差1负载特性—电位器端接有负载电阻时的特性。电阻相对变化系数：令负载系数：负载特性曲线：负载误差由于负载电阻存在，造成负载特性为一下垂

4、曲线，产生误差，也称非线性误差。电刷在起始和最终位置时，δL=0；电刷在相对行程r=1/2时，δLmax。当m，有δL通常希望：m<0.12负载误差3改善电位器式电阻传感器的特性（1）采用高输入阻抗放大器；（2）将电位器空载特性设计成某种上凸特性。2.1.4电位器的结构与材料由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不同。但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。常用的线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成。1—电刷2—电阻元件2.1.5电位器式传感器应用举例2.1.5电位器式传感器应用举

5、例2.1.5电位器式传感器应用举例1—骨架；2—触点；3—输入轴；4—导电片2.1.5电位器式传感器应用举例2.1.5电位器式传感器应用举例变阻器式传感器产品案例：重量的自动检测--配料设备比较重量设定原材料原理：弹簧->力->位移->电位器->电阻案例：煤气包储量检测煤气包钢丝原理：钢丝->收线圈数->电位器->电阻案例：玩具机器人（广州中鸣数码）原理：电机->转角->电位器->电阻★一、金属丝式应变片二、金属箔式应变片★三、测量电路★四、应变式传感器2.2金属应变片式传感器★应变效应结构与材料★主要特性温度误差及系数2.

6、2.1工作原理及分类电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。根据应变片的材料不同，可分为两种金属电阻应变片：应变效应（本节内容）半导体应变片：压阻效应2.2.1工作原理及分类电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应，将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。应变效应：在导体产生机械形变时，导体的电阻值相应地发生变化。1应变效应：2应变片式电阻传感器的工作原理：3理论基础：根据欧姆定

7、律：金属丝的电阻应变效应金属丝的电阻值随着金属丝的几何尺寸变化（伸长或缩短）而发生相应的变化的现象。称为泊松比且对金属材料，导电率几乎不变优点：①精度高，测量范围广②频率响应特性较好（响应速度快）③结构简单，尺寸小，重量轻④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作⑤易于实现小型化、固态化⑥价格低廉，品种多样，便于选择缺点：①具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；②只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；③不能用于过高

8、温度场合下的测量。4优缺点：一、应变片结构与材料1.敏感珊2.基底和盖片3.粘合剂4.引线2.2.2金属电阻应变片主要特性（1）敏感栅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。（2）基底和