传感器相关知识-精品ppt课件

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1、传感器原理及应用西南交通大学电气工程学院(学分:2学时:32)主讲教师:华泽玺电话:13308080547第二章电阻式传感器电阻式传感器是将非电量(如力、位移、形变、速度和加速度等）的变化量，变换成与之有一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的。电阻式传感器应变式电位计(器)式非绕线式电阻传感器绕线式电阻传感器半导体应变片式电阻传感器金属应变片式电阻传感器︷︷︷电阻元件非电量电阻变化本章基本要求：①掌握电位器式电阻传感器结构和工作原理；②了解电位器式电阻传感器特性指标及简单应用；③掌握应变

2、片式电阻传感器结构和工作原理；④通过对电阻应变片测量桥路分析，掌握直流惠斯通电桥结构形式及特点；⑤了解应变片式电阻传感器特性指标及简单应用；第二章电阻式传感器一、电位计(器)式电阻传感器二、应变式电阻传感器三、测量电路及电阻应变仪四、电阻应变片式式传感器应用举例五、第三次作业一、电位计(器)式电阻传感器一、线绕电位器式传感器精密电位器机械位移信号电信号转换元件1、线绕电位器结构和工作原理(掌握)图1－1工作原理图等截面线绕式电位器⑴空载特性RL¥=条件：LUSxSUiVV==，0LxURRUUixi==0LRSxSR

3、RR==，xSVSR均为常数，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。也表明改变电阻值R引起输出电压变化为线性变化。电压的灵敏度电阻的灵敏度2、线绕电位器的输出特性(掌握)电阻灵敏度电压灵敏度线性电位器（1）空载下令分压系数负载系数⑵有载特性00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.91rY0.010.10.20.510KL=∞图1-2电位器负载特性曲线⑵有载特性电位器的相对输出电位器的电阻相对变化量电位器的负载系数令：结论：

4、KL不能太小！负载误差相对负载误差一定，对K求一阶导数，并令其=0，得：例设电位器总电阻，要求负载误差0.1%，确定负载电阻。2、减小电位器负载误差的方法——负载系数减小法ad15.0max»3.线绕式电位器的阶梯特性及其分辨率(了解)xU0⑴阶梯特性及产生原因图1－3阶梯特性阶梯特性是由滑动触点(电刷)在移动过程中,从一匝滑到另一匝时电阻值产生突变所引起的。其阶梯值ΔU为：N——绕线总匝数⑵分辨率及阶梯误差分辨率：阶梯误差：在理想情况下，工作曲线均匀穿过实际曲线的阶梯，此时的阶梯误差为：阶梯误差电压分辨率行程分辨率

5、4、线绕电位器结构(了解)二、非线绕电位器式传感器(了解)1、薄膜电位器2、导电塑料电位器基体、电阻膜带、电刷、转轴、导电环合成膜电位器金属膜电位器3、光电电位器无接触式电位器光电导层暗电阻:绝缘体明电阻:良导体优点：精度、寿命、分辨率、可靠性高、阻值范围宽缺点：温度范围窄、输出电流小、输出阻抗较高结构复杂、体积和重量大三、电位器式传感器的应用(了解)1、航空飞行高度传感器2、液面高度测试仪3、电位器式位移传感器返回二、应变式电阻传感器一、电阻应变计的结构(掌握)：栅状敏感栅基底粘结剂盖层引线传递应变应变计工作的物理

6、基础——电阻应变效应用途：测量位移、加速度、力、力矩、压力应用领域：航空、机械、电力、化工、建筑、医学等。除了外界压力外，是否还存在使金属丝发生形变的其他因素？金属电阻应变片的材料(了解)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。金属电阻应变片的粘贴(了解)应变片是用粘结剂粘贴到被测件上的。

7、粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件应变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片材料和被测件材料性能，不仅要求粘接力强，粘结后机械性能可靠，而且粘合层要有足够大的剪切弹性模量，良好的电绝缘性，蠕变和滞后小，耐湿，耐油，耐老化，动态应力测量时耐疲劳等。还要考虑到应变片的工作条件，如温度、相对湿度、稳定性要求以及贴片固化时加热加压的可能性等。二、应变效应(掌握)导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时,产生机械变形,机械变形导致其阻值变化,这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”定义：1、导电材料的

8、应变电阻效应图应变片轴向受力及横向效应（a）应变片及轴向受力图；（b）应变片的横向效应图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