电阻式传感器课件.ppt

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1、第一节电位器式电阻传感器第二节应变式电阻传感器第三节电阻式传感器应用举例第二章电阻式传感器123132直线型旋转型1电位器式传感器工作原理电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。第一节电位器式电阻传感器等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0负载效应2.变阻器式传感器的分类电位器按电阻元件分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器3.电位器式传感器的特点电阻器制作特点绕线式直径0.012-0.1mm的镍铬合金的精密电阻丝绕在

2、绝缘的薄膜铜丝或绝缘胶木板等卷芯上而制作电阻温度系数非常好，为±5-20*10-6/0C;精度,稳定性,重复性比薄模式好,分辨力低于薄模式.金属陶瓷式电阻胶印在陶瓷基板上,并用高温烧制而成.分辨力高,环境适应性强前,电阻温度系数,为±200*10-6/0C左右.导电-塑料式将基板的树脂与电阻墨制成一体,获将电阻胶涂于薄膜基片上.分辨力,寿命,高速现响应特性好,电阻温度系数为±400*10-6/0C混合式导电性树脂涂于限绕式电阻元件上兼有绕线式和导电-塑料式的优点,电阻温度系数为±150*10-6/0C4.应用案例：重量的自动检测--配料设备重量设定原材料比较原理用弹簧将力转换为位移;再用电

3、阻器将位移转换为电阻的变化案例：煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：（1）测量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。案例：玩具机器人原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化一、应变效应金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。第二节应变式电阻传感器二、电阻应变片种类、结构和工作原理金属电阻应变片半导体电阻应变片1.电阻应变片的结构及其工作原理应变计金属电阻丝应变效应示意图当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横

4、截面积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为式中：dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2πrdr，则由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为式中,μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。或通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为灵敏系数K受两个因素影响：一个是应变片受力后材料几何尺寸

5、的变化，即1+2μ；另一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(dρ/ρ)/ε大得多，而半导体材料的(dρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为式中dρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为半导体应变片将

6、式（3-10）代入式（3-9）中得实验证明，πE比1+2μ大上百倍，所以1+2μ可以忽略，因而半导体应变片的灵敏系数为半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高50～80倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时，便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值σ为σ=E·ε应变片的主要参数1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用b×L表示。2）电阻值：应变计的原始电阻值。3）

7、灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。金属电阻应变片的材料对电阻丝材料应有如下要求：①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②ρ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；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；④与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；⑤机械强度高，具有优良的机械加工性能。金属电