传感器第二章电阻式传感器概述课件.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应变片的测量电路第四节电阻传感器应用内容提要学习目标理解电位器式传感器形式；了解线绕式电位器原理；掌握应变效应、压阻效应定义及意义；掌握应变电阻传感器工作原理及测量电路；熟悉电阻传感器应用。电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用。它们主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数。电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意

2、函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。一、电位器式电阻传感器常用形式1、滑线式位移传感器2、角位移传感器3、分段电阻角位移传感器4、分段电阻直线位移传感器二、线绕式电位器结构和工作原理第一节电位器式电阻传感器一、电位器式电阻传感器常用形式1、滑线式位移传感器2、角位移传感器3、分段电阻角位移传感器4、分段电阻直线位移传感器二、线绕式电位器结构和工作原理若电位器为空载时，根据分压原理得：：工作

3、电压：负载电阻两端的输出电压：线绕电位器电刷移动的长度：总长度：总电阻：对应于电刷移动量x的电阻值而对应的电阻变化为：表明改变测量电阻值所引起输出电压的变化为线性变化。其中分别为电阻和电压灵敏度。他们分别表明了电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的变化量，均为常数。若电位器的负载电阻，则输出电压为：表明当负载电阻不为零时，Y与r为非线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为非线性。当负载电阻为空载时，U0与x才满足线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为线性。YHD型电位器式位移传感器1—测杆；2—滑线电阻；3—电刷；4—弹簧；5—滑快；6—导轨

4、；7—外壳；8—无感电阻。膜盒电位器式压力传感器原理图测小位移传感器示意图电位器式加速度传感器示意图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应变片的测量电路第四节电阻传感器应用内容提要第二节应变式电阻传感器一、工作原理1、应变效应2、金属电阻丝应变原理3、半导体应变原理二、应变片的结构、材料和粘贴1、应变片的结构2、金属电阻应变片的材料3、金属电阻应变片的粘贴4、金属箔式应变片电阻应变效应演示一、工作原理1、应变效应导体或半导体材料在外（拉力或压力）力的作用时，产生机械变形，导致其电阻值相应发生变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象

5、称为“应变效应”。2、金属电阻丝应变原理做全微分求得：dA=2πrdr轴向应变径向应变泊松比电阻丝的灵敏系数：单位应变所引起的电阻相对变化量或表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向应变成正比。电阻率变化几何尺寸变化Ks=1.8~4.8实验证明在应变极限内Ks为常数返回根据应力与应变的关系，得到应力值σ为σ=E·ε弹性模量测量原理σεdR/R3、半导体应变原理压阻效应：沿一块半导体的某一轴向施加压力使其变形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的压阻效应。利用压阻效应制成的传感器称为压阻传感器或半导体应变片。当半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对

6、变化为π——半导体材料的压阻系数;σ——半导体材料的所受应变力;E——半导体材料的弹性模量;ε——半导体材料的应变。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返回半导体应变片特点优点：灵敏系数比金属丝式高50～80倍缺点：材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，应用范围受到限制。利用应变片测量的基本原理：应力值正比于应变，而应变又正比于电阻值的变化，所以应力正比于电阻值的变化。返回σ=E·εx应变片测量演示二、应变片的结构、材料和粘贴丝式箔式回线式应变片短接式应变片体形薄膜型应变片类型实物1、应变片的结构2

7、341bl栅长栅宽1-敏感栅，2-基底，3-覆盖片，4-引线应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。返回丝式应变片（1）敏感栅对敏感栅的材料的要求：①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数；②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片；③电阻温度系数要小；④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强；⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度；⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材；⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。由直径为0.01～0.05mm的具有高电阻率的电阻丝排列成栅网状基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅

8、和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。多为镀锡铜线。对引