传感器技术第3讲电阻式传感器

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1、第3讲电阻式传感器目的：1、了解电阻式传感器测量原理；2、掌握测量方法。内容：1、电位器式传感器；2、应变式传器；（重点）3、压阻式传感器。（难点）学时：2小时什么是电阻式传感器？将位移、应变、振动等非电量的变化转换成导电材料的电阻变化的装置，称为电阻式传感器。电阻式传感器分类：1、变阻器式；2、电阻应变式；3、固态压阻式传感器。第一节电位器式传感器1、什么是电位器传感器？基于在匀质导体中，电阻R与其长度L成正比的关系制造的一种位移量的电阻式传感器。式中:R—电阻;ρ–电阻率；L—导体长度；A—横面积第一节电位器式传感器2、电

2、位器传感器的类型（1）角位移电阻式传感器（2）线位移的电阻式传感器。角位移传感器线位移传感器第一节电位器式传感器3、电位器传感器的原理输出电压UL与位移X呈非线性关系。只有RL无限大时输出电压UL与位移X间才是线性关系。（a）角位移电阻式（b）线位移电阻式传感第一节电位器式传感器2、电位器传感器的类型（1）角位移电阻式传感器（2）线位移的电阻式传感器。高精度位移传感器第二节应变式传感器什么是应变式传感器？基于电阻应变效应制造的用于测量微小变化的传感器。一、结构结构：1、覆盖层2、基底3、引出线4、粘合剂5、电阻丝（敏感栅）核心

3、元件：电阻丝第二节应变式传感器一、结构实际应用中应变片有两种。1、丝式应变片2、箔式应变片一、丝栅式应变片标距：0.2mm~200mm短接式应变片二、箔式应变片的金属箔片光刻腐蚀工艺箔式应变片的优点：1、尺寸精确，线条均匀，灵敏系数、电阻值离散小。2、横向效应小，粘结面积大，粘贴牢固，散热性好。3、光刻腐蚀可制成各种应变花及小标距应变片。4、耐潮湿，绝缘性好，蠕变及机械滞后小。5、便于成批生产，质量好，成品率高。第二节应变式传感器二、应变效应金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现

4、象称为“应变效应”，用来产生应变效应的细导体称为“应变丝（敏感栅）”第二节应变式传感器二、应变效应设有圆形截面导线,长度为L,截面积为A,材料的电阻率为ρ，这段导线的电阻值R为：当导体受力时，其长度L，截面积A，电阻率ρ相应发生变化为dL、d(πr2)、dρ,因而引起电阻变化dR第二节应变式传感器二、应变效应对上式全微分，则：式中：电阻丝轴向应变电阻丝径向应变轴向应变与径向应变的关系是：εy=-μεx第二节应变式传感器二、应变效应电阻变效率为几何项和压阻效应项综合的结果三、应变片的型号及类型三、应变片的型号及类型三、应变片的型

5、号及类型（一）应变片的筛选1、外观检查2、测量应变片的初始电阻值（二）构件表面处理（三）贴片（四）固化（五）导线焊接与固定接线端子（六）粘贴质量检查（七）应变片的防潮保护四、应变片的粘贴技术和防护四、应变片的粘贴技术和防护第二节应变式传感器五、测量原理应变片直接感受应变或应力。测量时，将应变片粘贴在弹性元件（试件）上，当外力作用到弹性元件（试件）上时，弹性元件被压缩（或拉伸），即产生微小的机械变形，粘贴在弹性元件上的应变片感受到应力σ的作用，根据虎克定律，应变ε与应力σ成正比，ε=Eσ又由应变效应可知，应变片的应变ε与电阻值的

6、相对变化dR/R成正比，所以，实现了对微小机械变量的测量。五、应变式传感器测量电路（一）单臂工作U＝EKε/4（二）半桥工作U＝EKε/2（三）全桥工作U＝Ekε六、应变片的温度误差与补偿（1）应变片的电阻丝具有一定温度系数；1、温度误差应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。主要因素有两点：设环境引起的构件温度变化为△t℃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:（2）电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。1、温度误差由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同

7、，当△t存在时，引起应变片的附加应变，其值为式中βe–试件材料的线性膨胀系数；βg—为敏感栅材料的线膨胀系数。相应的电阻相对变化为：六、应变片的温度误差与补偿六、应变片的温度误差与补偿1、温度误差温度变化形成的总电阻相对变化为：六、应变片的温度误差与补偿（1）单丝自补偿应变片——选择与膨胀使应变片产生电阻变化相反的敏感栅材料。2、温度补偿常见的温度补偿措施有主要有以下三方面：由温度变化形成的总电阻相对变化表达式得知：只有六、应变片的温度误差与补偿（1）单丝自补偿应变片2、温度补偿常见的温度补偿措施主要有以下三方面：（2）双丝组

8、合式自补偿应变片——由两种不同电阻温度系数(一种为正值，一种为负值)的材料串联组成敏感栅六、应变片的温度误差与补偿（1）单丝自实偿应变片2、温度补偿常见的温度补偿措施有主要有以下三方面：（2）双丝组合式自补偿应变片（3）电路补偿法——利用电桥相邻相等二臂同时产生太小相等、符号