电阻应变传感器ppt课件.ppt

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1、第三章、应变式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变化，再经过转换电路变成电量输出。根据传感器组成材料变化或传感器原理变化，产生了各种各样的电阻式传感器，主要包括应变式传感器及压阻式传感器。电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度和温度等非电量参数。电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。电阻式传感器定义：电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化来实现非电量测量的一种传感器,分类：按工作的原理可分为:变阻器式（电位器式）、电阻应变式、热敏式、光敏式、压阻式等。变阻器

2、式传感器（电位器式）1、等效电路分析:xLL-变阻器总长;x-电刷移动量.R-总电阻;Rx电刷电阻;EE1=EE1Lx=RRx0LEE1x2变阻式传感器的特点结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；可以实现输出/输入信号任意函数关系；(输出信号大，一般不需放大。变阻式传感器的缺点是:因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，分辨率较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。被测位移使测

3、量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻8与滑线电阻式2组成电桥的两个桥臂，构成电桥测量电路。应用实例1应用实例2电喷式发动机进气量传感器应用实例3：玩具机器人（广州中鸣数码）原理：电机->转角->电位器->电阻3.1工作原理、特性3.2电阻应变片特性3.3电阻应变片的测量电路3.4应变式传感器的应用应变式传感器电阻应变式传感器--应变片电阻应变片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，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而

4、发生变化。2.1工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即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，这种现象称为“应变效应”。（1856年W.Thomson发现）如图所示，一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为式中：ρ——电阻丝的电阻率；l——电阻丝的长度；A——电阻丝的截面积。金属电阻丝应变效应上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数金属应变片的电阻R为代入有：金属丝：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

5、，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为金属丝体积不变：式中,μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。有：对金属材料，导电率不变：金属丝应变片：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式中：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，因而把单位应变引起的电阻值变化量定义为电阻丝的灵敏系数K，则它的物理意义是：单位应变所引起

6、的电阻值相对变化量的大小。灵敏系数K受两个因素影响：(1)应变片受力后材料几何尺寸的变化，即。(2)应变片受力后材料的电阻率发生的变化(压阻效应),即。对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中的值通常要比大得多，而半导体材料与此相反。通常金属电阻丝的K=1.7～3.6之间。半导体应变片的灵敏系数为金属电阻丝应变片：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：应变片的灵敏系数K单位应变引起的电阻值变化量。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

7、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应变计2.2金属应变片结构、特性半导体应变计简化为：优点：灵敏度大;体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。半导体的压阻效应应变片的主要参数4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命等）。1）几何参数：标距L和丝

8、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）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。2.2应变片测量电路VER1R2R4R3令：金属丝应变片：V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变应变式传感器的应用：测力标准产品案例：桥梁固有频率测量案例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。案例：冲床生产记数