电阻式传感器ppt课件.ppt

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1、电阻式传感器电阻式传感器把被测量转换为电阻变化的传感器。许多物理量能影响材料的电阻，基于电阻变化的电阻式传感器常常使用。按工作原理分类:电位器、电阻应变、热敏、光敏、压敏、磁敏等.1电位器式传感器*(1)工作原理将机械位移或其他可转换为位移变化的非电量转换为与其有一定函数关系的电阻变化，从而引起输出电压变化。结构：由电阻体、电刷、转轴、滑动臂、焊片以及轴承、外壳等组成。123132直线型旋转型等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp

2、-Rx0x100%100%Output0负载效应(2)性能参数:1)线性度;4)移动或旋转角度范围*;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;(3)电位器式传感器的分类变阻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按结构型式(4)电位器式传感器的特点*电阻器类型制作特点绕线式直径0.012-0.1mm的镍铬合金精密电阻丝绕在绝缘的薄膜铜丝或绝缘胶木板等卷芯上而制成电阻温度系数非常好，为±5-20*10-6/0C;精度,稳定性

3、,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*10-6/0C光电式特点：非接触式，用光束代替电刷。由电阻体光电导层和导电极组成。制作：在基体上沉积一层磷化镉或硒化镉

4、的光电导层，在光电导层上再沉积一条电阻体和一条导电电极。在电阻和导电极之间留一狭窄间隙。无光照时，电阻体和导电电极间因光电导层电阻很大而呈绝缘态。当光束照在间隙上时，光电导层被照射部位的亮电阻很小，使电阻体被照部位和导电电极导通，电位器输出端有电压输出，大小与光束位移照射到的位置有关。优点：非接触性、无摩擦，从而提高了精度、寿命、可靠性及分辨率。缺点:线性度差，工作温度的范围比较窄（＜150℃），输出电流小，输出阻抗较高，需配接高输入阻抗放大器。导电塑料电位器样例(5)应用案例：重量的自动检测--配料设

5、备重量设定原材料原理用弹簧将力转换为位移;再用变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：机器人、玩具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2电阻应变式传感器(ResistiveStrainGaugeSensors)工作原理应变片的结构、种类、材料及粘贴电阻应变片的特性应变式传感器的测量电路应变式传感器的应用2.1电阻应变片的工作原理导电材料（金属、半

6、导体）受拉伸作用时，在长度方向发生伸长变形的同时,会在径向收缩（受压时情况相反），其电阻发生相应变化。材料的伸长量与原长之比称为应变。利用材料应变量与其电阻变化量成正比的原理制成的器件称电阻应变片（计）。1.导电材料的应变电阻效应圆导体的电阻为：式中——电阻率；l——电阻丝长；A——横截面积。当导体受轴向力F拉伸（或压缩）时，其l,A和均发生变化。因而电阻随之变化。由上式可得电阻的相对变化（1）（2）图2-1上式中称为轴向线应变（纵向应变），常用单位为微应变。1=10-6mm/mm。由A=r2

7、，根据泊松效应，即弹性材料的横向应变(dr/r)与纵向应变(dl/l)之比为常数，;泊松比。根据（2）式，电阻丝的应变效应为当力F如上图所示作用于导体时，在弹性极限范围内所引起的长度变化可由虎克定律给出：式中E是材料的弹性模量，常数；是机械应力。因此，由应变可确定F。(3)(4)2.灵敏系数（1）金属材料受力后材料电阻率的相对变化与其体积变化之间有：式中：V——体积，V=lA；C——由材料和加工方式决定的常数。由V=lA可得将上述两式代入式（3），并考虑到得到：Km=(1+2)+C(1-2)

8、为金属丝材的应变灵敏系数。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。(5)（2）半导体材料硅、锗等单晶半导体材料具有压阻效应，即：--作用于材料的轴向应力（单位面积所受力，N/m2）；--半导体材料在受力方向的压阻系数（）；E--半导体材料的弹性模量（杨氏模量）（E=/）。将上式代入式（3），并考虑到，得到：Ks：半导体材料的应变灵敏系数，构成因素：尺寸变化和压阻效应。结论：金属材料的应变效应主要由结构尺寸变化造成，Km主要由前半部分