检测与转换技术 第３版 教学课件 作者 常健生 石要武 吉林工业大学 主编 第06章.ppt

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1、第六章电参数传感器第一节电阻应变传感器第二节热电阻传感器第三节自感传感器第四节差动变压器第五节涡流传感器第六节电容传感器第七节光电阻传感器第一节电阻应变传感器一、电阻丝的应变效应电阻丝应变片是用直径约为0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的，l称应变片的标距或称工作基长；b称应变片的工作宽度；b×l称应变片的规格，一般以使用面积和电阻值来表示。单根导线的电阻R可用下式表示：式中，ρ为电阻率，单位为Ω·m；l为电阻丝长度，单位为m；a为电阻丝的截面积，单位为m2。如果沿整条电阻丝长度作用均匀应力，由于l、ρ、a的变化引起电阻R的变化，对上式全微分，得：用相对变化量dR／R

2、表示，得：对于直径为d的圆形截面的电阻丝，△a/a＝2△d/d，横向收缩和纵向伸长的关系用泊松比μ来描述，△d／d＝—μ△l／l，代入式(6-1)，得：式中，K为应变灵敏系数；ε为应变值。上式是应变效应的表达式，应变灵敏系数K为：K受两个因素的影响：一是(1十2μ)，另一个是(△ρ／ρ)／(△l／l)。对于大多数金属材料，泊松比μ＝0.3～0.5，所以K值在1.6—2之间。对于每一种电阻丝在一定的变形范围内，无论受拉或受压，应变灵敏度系数保持不变，当超出某一范围时，K值将发生变化。造成应变片测量误差的因素很多，测量时必须加以考虑，其中温度影响是首要的。由于环境温度改变引起电

3、阻值变化的原因主要有二：一是由电阻丝温度系数引起的；二是由电阻丝与被侧件材料的线膨胀系数的不同引起的。当环境温度变化△t时，应变片电阻的增量△Rt可用下式表达：令则：式中，Ro为0℃时电阻丝应变片的电阻值单位为Ω；α为电阻丝材料的电阻温度系数，单位为1／℃；K为电阻丝的应变灵敏系数；α1为被测件材料的线膨胀系数，单位为1／℃;α2为电阻丝材料的线膨胀系数，单位为1／℃；αt为电阻丝应变片的电阻温度系数，单位为1／℃。几种金属电阻应变片的形状a)、c)、e)丝式b)带连接线的丝式d)箔片二、电阻应变传感器测量电路桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥

4、的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。桥式测量电路电桥的特点是：当四个桥臂电阻达到某一关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，故电桥能够精确地测量微小的电阻变化。三、电阻应变传感器的应用BLR—1的型传感器结构图。弹性元件是圆管形的，在它上面纵向和横向各粘贴有四片应变片，每两片同方向的串联组成一个桥臂，八片应变片组成全桥。弹性元件用40Cr钢制成，经热处理，外圆和内孔部分都经磨削加工。BLR－１型拉力传感器１－螺钉　２－铭牌　３－壳体　４－应变筒　５－球面螺钉　６－内压环７－盖　８－膜片　９－密封垫圈　１０－插头　１１－接线环这种传

5、感器有16种额定载荷的分型号，最小的103N，最大的l06N。随着载荷量增加，传感器尺寸增大。技术数据如下：（1）非线性、迟滞、重复性误差均小于额定载荷的0.5％。（2）工作电压最高为6V。（3）输出灵敏度104N以下的分型号为1mV／V，104N以上的分型号为1.5mV／V。（4）工作温度范围为－10～+50℃。（5）温度零漂值为0.04％／℃。第二节热电阻传感器热电阻是由电阻体、绝缘套管和接线盒等主要部件组成的。其中，电阻体是热电阻的最主要部分。一、热电阻（一）铂电阻铂电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠。（二）铜电阻铂是贵重金属，在一些测量精度不高且温度较低的地方一

6、般采用铜电阻，可用它来测量一50～十150℃的温度。铜电阻有下列忧点：（1）在上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系（2）电阻温度系数高，　　　　　　　　　　　　　。（3）容易提纯，价格便宜。（三）其它热电阻：（1）铟电阻　（2）锰电阻　（3）碳电阻二、热敏电阻热敏电阻分直热式和旁热式两种。旁热式热敏电阻除半导体外还有金属丝绕制的加热器，两者紧紧耦合在一起，互相绝缘，密封于高真空的玻璃壳内。热敏电阻的符号及其非线性特性a)直热式热敏电阻符号拭目以待b)旁热式热敏电阻符号c)温度特性d)Ｖ－Ａ特性热敏电阻是非线性电阻，它的非线性表现在：其电阻值与温度之间呈指数关系和电流随电

7、压的变化不服从欧姆定律。热敏电阻的温度特性曲线图。其中2、5两条线表示负的电阻温度系数；3、4两条线表示正的电阻温度系数；1表示铂电阻温度特性。负温度系数热敏电阻的温度系数一般为－2％～－6％／℃。缓变型正温度系数热敏电阻的温度系数为l％～10％／℃。而开关型的大于10％／℃。热敏电阻的Ｖ—Ａ特性图中，曲线l为线性电阻；曲线2、3、4为不同热敏电阻的Ｖ—A特性，它们的变化规律符合某种指数关系。三、热电阻传感器的应用（一）金属热电阻传感器在工业上广泛应用金属热电阻传感器进行－200～十500℃范围的温度测量。在特殊情