第2章 电阻式传感器

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1、第二章电阻式传感器2.1电阻式应变传感器2.2固态压阻式传感器2.3热电阻式传感器2.4热敏电阻传感器电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出，常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。非电量应变电阻应变片弹性原件电阻变化传感器§2-1电阻应变式传感器金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大。应变原理演示已知导体（一根圆截面的金属丝）的电阻：dlF金属丝的原始电阻金属丝的原始电阻率金属丝的原始长度金属丝的原始横截面积一、工作原理电阻应变效应：金属导体（电阻丝）的电阻值随

2、其变形（伸长或缩短）而发生变化的一种物理现象。相对变化：引入轴向相对变形（或称为应变），则有：或：应变灵敏系数K金属材料的电阻的相对变化与应变的关系讨论：1、应变的灵敏系数K受二个因素的影响：几何形状变化的影响电阻率发生变化的影响2、对于金属材料：对于半导体材料：二、结构、分类与特性1、结构电阻丝（2）-是应变片的转换元件；基底（1）-将传感器弹性体表面的应变传递到电阻丝栅上的中间介质并起到电阻丝与弹性体之间绝缘和保护的作用；覆盖层（4）-将电阻丝与基底粘贴起保护作用；引出线（3）-连接测量导线。金属丝式应变片的结构2、分类应变

3、片主要有金属应变片和半导体应变片两类。金属片有丝式、箔式、薄膜式3种电阻应变片箔式应变片的外形优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.应变片的粘贴：1.去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。2.贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡。3.测量：从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。4.焊接：

4、将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。5.固定：焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。3、横向效应横向效应：轴向伸长和横向缩短。轴向伸长作用使电阻值增加横向缩短作用使电阻值减小电阻增量减小。应变片由于感受横向应变而使电阻变化率减小，并减低灵敏度的现象称为应变片的“横向效应”。4、电阻应变片温度误差及补偿电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。原因有：电阻丝的电阻率随温度发生变化；电阻丝和试件的线膨胀系数不同使其产生附加形变。a.自补偿法b.线路补偿法三.测量电路机械应变一般在10µε～30

5、00µε之间，而应变灵敏度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般测量电阻的仪表是很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化。8/15/202123直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、R3、R4组成，其中a、c两端接直流电压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电压为Uo。在测量前，取R1R3=R2R4，输出电压为Uo=0。1.直流电桥电路8/15/202124当桥臂电阻发生变化，在电桥输出端的负载电阻为无限大时，电桥输出电压可近似表示为测量前应使电桥平衡，使Uo=0，即：桥式电路中，四个电阻的任何一个都可以是应变片电

6、阻特点：相邻相减，相对相加例题1：R1R2R3R4例题2：如图所示，测量一个悬臂梁受力情况，若测量电路已经确定试摆放4个应变片的位置R1R2R3R48/15/202128一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，2、应变片电桥的一般组成1）单臂工作：以上说明：单臂工作时，输出电压与应变片电阻变化率之间是近似的线性关系，实际上是非线性关系。这会带来非线性误差。若将输出电压的式子用泰勒级数展开2）双臂工作（差动半桥）通过上式，说明双臂工作时，如果差动双臂应变大小一致（极性相反），则不存在（或很小的）非线性误差，并可起到温度补

7、偿作用。3）三臂工作（同理）4）四臂工作（同理）8/15/202132①半桥单臂工作方式②半桥双臂工作方式③全桥4臂工作方式33电桥的线路补偿①零点补偿要求电桥的4个桥臂电阻值相同是不可能的，这样就使电桥不能满足初始平衡条件（即U0≠0）。为了解决这一问题，可以在一对桥臂电阻乘积较小的任一桥臂中串联一个可调电阻进行调节补偿。342.交流电桥由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性。352.交流电桥交流电桥平衡调节由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥的平衡，故在使用之前，要对电桥进行平衡调节。四.

8、电阻应变式传感器应用测量范围广：精度高：线性好；工作性能稳定、可靠应变式传感器由弹性元件、应变片、附件等组成。主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。371.柱(筒)式传感器2.悬臂式传感器8/15/202138应变式