第3章 电阻式传感器

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1、电阻式传感器主讲：翟长远2021/6/162021/6/16传感器原理与应用2目录3.1电位器式传感器3.2应变式传感器3.3电阻式传感器的应用2021/6/16传感器原理与应用33.1.1电位器式传感器工作原理输出电压UL为：令x=Rx/R线性情况：UL和x是非线性关系；当RL->∞才是线性的。2021/6/16传感器原理与应用43.1.1电位器式传感器特点组成：骨架绕在骨架上的电阻丝滑动触点（电刷）分类线位移式：滑动触点沿着直线运动。角位移式：滑动触点沿着圆周运动。2021/6/16传感器原理与应用53.1.1电位

2、器式传感器特点分辨力电阻阻值实际上呈微小的阶跃变化。设总圈数为n，最大输出电压为U，移动一圈电压变化为：∆U=U/n优缺点性能稳定，主要使用于参数（如：位移）变化较大的情况。分辨力低，耐磨性差。2021/6/16传感器原理与应用63.2.1应变式传感器工作原理应变式电阻传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，由弹性敏感元件上粘贴电阻应变片构成。应变效应导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，电阻值相应发生变化的现象。2021/6/16传感器原理与应用73.2.1应变式传感器工作原理电阻阻值：ρ——电阻

3、率l——长度A——截面积伸长量半径缩短量电阻率亦变化dρ2021/6/16传感器原理与应用83.2.1应变式传感器工作原理电阻值相对变化量计算：所以：长度相对变化量，用ε表示截面积相对变化量电阻率相对变化量2021/6/16传感器原理与应用93.2.1应变式传感器工作原理轴向应变与径向应变的关系：μ：泊松比灵敏系数：灵敏系数计算：2021/6/16传感器原理与应用103.2.2应变片的种类常用应变片有两大类：金属电阻应变片丝式应变片箔式应变片半导体应变片2021/6/16传感器原理与应用113.2.3金属电阻应变片金属

4、电阻应变片灵敏系数：1+2μ>>(dρ/ρ)/ε实验表明：拉伸极限内k为常数！一般为2-52021/6/16传感器原理与应用123.2.3金属电阻应变片应变片电阻丝要求灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；ρ值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；机械强度高，具有优良的机械加工性能。2021/6/16传感器原理与应用133.2.3金属电阻应变片常用材料及其性能金属电阻应变片的粘贴应变片需用粘贴剂粘贴到

5、被测件上。粘贴工艺粘贴表面处理、贴片位置确定涂底胶贴片干燥固化贴片质量检查引线焊接与固定及防护与屏蔽2021/6/16传感器原理与应用143.2.4半导体电阻应变片半导体应变片工作原理基于半导体材料的压阻效应。压阻效应：在半导体的晶体结构上加上外力时，会暂时改变晶体结构的对称性，改变半导体的导电机构，使电阻率发生变化的现象。2021/6/16传感器原理与应用153.2.4半导体电阻应变片灵敏系数：对半导体而言：π——压阻系数σ——所受应变力E——弹性模量ε——应变1+2μ<<πE约为：100-200缺点：温度系数大，非

6、线性比较严重。2021/6/16传感器原理与应用163.2.5电阻应变片特性弹性敏感元件及其基本特性弹性变形：在外力作用下发生变形，撤去外力后能完全恢复原来形状的变形。弹性元件：具有弹性变形特性的物体。刚度刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度。定义：弹性元件单位变形下所需要的力，用C表示。2021/6/16传感器原理与应用173.2.5电阻应变片特性F——外力x——产生的变形弹性特性曲线2021/6/16传感器原理与应用183.2.5电阻应变片特性灵敏度灵敏度：单位力作用下弹性元件产生变形的大小。灵敏度是刚度的倒数

7、。常用弹性元件材料：合金钢铍青钢不锈钢常用弹性元件的结构和特性3.2.5电阻应变片特性常用弹性元件的结构和特性2021/6/16传感器原理与应用193.2.5电阻应变片特性常用弹性元件的结构和特性2021/6/16传感器原理与应用202021/6/16传感器原理与应用213.2.5电阻应变片特性横向效应应变片轴向受力及横向效应2021/6/16传感器原理与应用223.2.5电阻应变片特性直线部分：受到纵向拉应变εx;圆弧部分：受到从+εx到-μεx之间变化的应变横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅后，其灵敏系数K较整长电

8、阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。2021/6/16传感器原理与应用233.2.5电阻应变片特性绝缘电阻绝缘电阻：已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值Rm。通常要求Rm在50~100MΩ及其以上。Rm取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。常温下要采取必要的防潮措施。中高温下，要注意选取电绝缘性能良好的粘结剂