常用传感器工作原理-(电阻式)ppt课件.ppt

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1、第3章常用传感器的工作原理1传感器（Sensor/Transducer）是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。物理量电量传感器23.1电阻式传感器被测信息敏感元件转换元件辅助电源信号调理电路输出信息电阻元件电阻元件传感元件为电阻元件电位器式电阻应变式热敏效应式其结构简单、易于制造、价格便宜、性能稳定、输出功率大，是目前在非电量检测技术中应用最广、最成熟和最重要的传感器之一.把被测量转换为

2、电阻变化的一种传感器，是一种能量控制型传感器3敏感元件转换元件压力作用膜片形变（应变）应变片电阻改变电阻应变式金属电阻应变片半导体应变片按应变片所用的材料可分为：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化。主要作用是敏感元件实现应变—电阻的变换。4（1）电阻应变片工作原理：工作原理：电阻值：纵向应变横向应变：当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小对上式进行全微分，并用相对变化量来表示：泊松比电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关。弹性模量压阻系数5因此：分析：是由电阻丝几何尺寸改变引起的。是由电阻丝的电阻

3、率随应变的改变引起的。注意：对金属电阻丝来说，是很小的，可忽略；对半导体应变片来说，是很小的，可忽略。这正是两类电阻应变式传感器原理的重要区别。6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。电阻丝应变片金属电阻应变片：常用的电阻材料：康铜、镍铬合金、镍铬铝合金灵敏度：敏感元件是金属丝栅。常用的结构形式：丝式、箔式7箔式应变片1.金属箔栅很薄，感受的应力状态与试件表面应力状态更接近2.箔材表面积大，散热条件好，所以允许通过较大电流，因而可以输出较大

4、信号，提高了测量灵敏度3.箔栅的尺寸准确、均匀，能制成任意形状，扩大了应变片的使用范围优点：敏感元件是通过光刻、腐蚀等工艺制成的薄金属箔栅。缺点：1.生产工序较复杂；2.引出线的焊点采用锡焊，因此不适于高温环境下测量。3.价格较贵8一般市售电阻应变片的标准阻值有60、120、350、600、1000欧等。通常静态测量时，允许的电流一般规定为25mA，动态测量时可达75~100mA，箔式应变片则可更大些。9优点：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小.缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。半导体应变片：｛压阻效应｝指某些半导体材料在

5、沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。工作原理是基于半导体材料的压阻效应。灵敏度：从半导体物理可知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使电阻率发生很大变化。目前，国产半导体应变片大都采用P型硅单晶制成。10金属电阻应变片半导体应变片利用金属导体形变引起电阻的变化。一般制作应变片的金属丝的灵敏度K0在1.7～4.0之间，有些工程书上，直接将金属丝应变片的灵敏度K0定义为2。利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。用半导体应变片制成的传感器亦称为压阻传感器。半导体应变片具有很高的灵敏度（是金属丝应变片灵敏度大50～70倍），但其最

6、大的特点是温度灵敏度高，非线性严重及安装困难。当测量较小应变时，应选用压阻效应工作的应变片，而测量大应变时，应选用应变效应工作的应变片11(2)应变片的命名应变片的命名标准号为GB／T13992-92，其内容如下。(1)每种应变片产品命名型号，型号由汉语拼音字母和数字组成共7项。(2)由左至右依次排列，第Ⅰ项字母表示应变片类别。(3)第Ⅱ项字母表示应变片基底材料。(4)第Ⅲ项数字表示标称电阻值，单位为Ω，带括号的规格不推荐采用。(5)第Ⅳ项数字表示应变片栅长，小于lmm时小数点省略。(6)第V项由两个字母组成表示应变片结构形状，表3-1

7、中只列出常用的代表字母。(7)第Ⅵ项数字表示应变片的极限工作温度，对常温应变片此项省略。(8)第Ⅶ项括号内数字表示温度自补偿应变片所适用试件材料的线膨胀系数。12举例：BH350－3AA150(16)为单轴箔式环氧基底用于线膨胀系数16×10－6/℃的材料，最高工作温度150℃，栅长3mm的温度自补偿应变片。表3-1型号命名表133.1.4电阻式传感器的测量电路由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来，同时，要把电阻相对变化转换为电压或电流的变化，因此，需要设计专用的测量电路，常用桥式测量电路。该电路目标：提高

8、输出灵敏度、进行温度补偿14当时，电桥的输出电压应为：当电桥平衡时，，由上式可得到或称为电桥平衡条件（1）直流电桥平衡条件直流电桥的基本形式如图，R1，R2，R3，R4称为电桥的桥臂，RL为其负载（可以是测