电参数传感器课件.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被测量变化导致电阻电感或电容量变化的敏感元件统称为电参数传感器。一、概念：电阻应变计是将被测量的力（压力、荷重、扭力等）通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。它是由电阻应变片和测量线路两部分组成。2、特点：参量类——外加物理量引起参数变化（R、L、C），属无源式。第一节电阻应变传感器二、电阻丝式应变计结构用直径为0.025mm的具有高阻率的电阻丝排列成栅网状，并粘贴在绝缘的基片上，电阻丝的两端焊接有引出导线，线栅上面粘贴有覆盖层（保护用）。可有如下形状：lbl称应变片的标距或工作基长b称应变片的工作宽度b*l称应变片的规

2、格丝式(wiregauge)箔式(foilgauge)通过光刻、腐蚀而成，散热条件好，电流密度高，灵敏度高，可制成任意形状。薄膜式(filmgauge)真空蒸镀技术制成，特点同上。三、电阻丝的应变效应1、应变：由于外因使物体的形状尺寸所发生的相对改变。2、工作原理:压阻效应用相对变化量表示：受力后各部分的变化引起电阻的变化或对于直径为r的圆形截面电阻丝：直径与长度的关系系数：泊松系数太小，可忽略μ=0.3～0.5K=1.6～2ε=10-6～10-3∴灵敏度系数K的意义：单位应变所引起的电阻相对变化，主要是受力后材料的几何尺寸变化引起。3、结论：金属电阻丝的电阻相对变化率与轴向应变成

3、正比。4、特点：优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.五、电阻应变传感器的测量电路1、电桥的特点：当四个桥臂电阻达到某一关系时，电桥输出为零，可测微小的电阻变化，灵敏度和准确度均高。下面为直流电桥。U0平衡时：测量前应调零，使输出值只与电阻的应变相关R1R2R3R4ABCDU电桥的特点（P81）：电桥平衡条件：仅由桥臂各参数之间的关系确定，与电源电压及指零器内阻无关。平衡电桥各臂灵敏度相等当R1=R2=R3=R4时电桥灵敏度最大R1RxR3ABCDUU0QJ23简图QJ23电阻测量范围：1～106Ω准确度：0.2级（在100～9999Ω内）测量1～10-5Ω小电阻应用双电桥。

4、2、工作原理：条件：电桥负载电阻无穷大，ΔRi<

5、R4UU0R1R2R3R4UU0直流电桥的调零六、半导体应变片1、压阻效应：对半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应变力时，其电阻率会发生一定的变化。2、压阻效应的大小用压阻系数来表示：纵向所受应力横向压阻系数纵向压阻系数横向所受应力电阻率的相对变化率若只沿其纵向受到应力，令则半导体材料的弹性系数纵向的应变其中第一、二项是几何形状变化对电阻的影响，其值约为1~2；第三项为压阻效应的影响，其值约为第一、二项的50~70倍。3、特点：灵敏系数高，可测微小应变，机械迟滞和横向效应小，体积小。但温度稳定性差，灵敏系数非线性大，需补偿七、应用方法方法一：将电阻应变片直接贴在被测点上，用专门的电阻应变

6、仪测出该点的应变。方法二：将其贴在弹性元件上，弹性元件在被测物理量作用下变形应变片作为传感元件将应变转换为电阻的变化。被测量（力）→受力结构的应变→电阻的变化率最终电阻变化率与受力结构相关（形状、尺寸、材料、热处理、加工厚度、角度）误差分析：1、横向效应横向缩短作用引起的电阻值的减小对于轴向伸长作用引起的电阻值的增加量起着抵消的作用，它使所测应变数值偏小，或说使应变片灵敏系数减小。弯曲半径越大，横向效应也越大。通过改变电阻丝排列的形状可减小之。2、温度影响：由于环境温度改变引起电阻值变化1）由电阻丝温度系数α引起；2）由电阻丝与被测件材料的线膨胀系数α1、α2的不同引起的。当温度变化Δt,

7、应变片电阻的增量ΔRt可用下式表示：ΔRt=RοαΔt+RοK(α1-α2)Δt=Rο[α+K(α1-α2]Δt令αt=α+K(α1-α2)则：ΔRt=RοαtΔt1）热敏电阻补偿（串联弹性模量补偿电阻器降低电桥输出电压）T↑→K↓→U0`↓→U0↓→Rt↓→U0↑2)工作片：承受应力补偿片：不受应力U0不变R3R4U0UR1R0RtR2R1R2R3R4ABCDUU0补偿片工作片温度补偿2.蠕变自补偿：因其材料的滞弹性效