教学课件PPT电阻应变式传感器.ppt

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。 电阻式传感器主要分为两大类：电位计（器）式电阻传感器以及应变式电阻传感器。,2.1 电位器式电阻传感器,一、线绕式电位器传感器 1.线绕电位器结构和工作原理,当不接入负载rl时,当接入负载rl时,2.1 电位器式电阻传感器,2.1 电位器式电阻传感器,2.1 电位器式电阻传感器,2.线绕电位器式传感器的阶梯特性、误差和分辨率 （1）阶梯特性,2.1 电位器式电阻传感器,2.1 电位器式电阻传感器,2.1 电位器式电阻传感器,3.非线性线绕电位器结构,l,2.1 电位器式电阻传感器,二、非线绕式电位器 1.膜式电位器 膜式电位器通常有两种：一种是碳膜电位器，另一种为金属膜电位器。 碳膜电位器的优点：分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度较好；缺点：接触电阻大、噪声大 金属膜电位器的优点：温度系数小，可在高温下工作；缺点：耐磨 性差、功率小、阻值不高（12k）。,2.1 电位器式电阻传感器,2.1 电位器式电阻传感器,2.导电塑料电位器 优点：耐磨性较好、寿命较长、点刷允许的接触压力较大（几十至几百克），适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，阻值范围大，能承受较大的功率； 缺点：受温度影响较大、接触电阻大、精度不高。,3.光电电位器,缺点：结构较复杂，工作温度的范围比较窄（150），输出电流小，输出阻抗较高。,2.1 电位器式电阻传感器,优点：耐磨性好，精度、分辨率高，寿命、可靠性好，阻值范围宽（50015m）等；,2.2 应变式电阻传感器,一、应变效应 应变效应：因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变。,二、电阻应变片的结构和工作原理 1.基本结构,2.2 应变式电阻传感器,2.灵敏系数 一根导线的电阻为:,2.2 应变式电阻传感器,三、电阻应变片的种类 1.金属电阻 应变片,金属电阻应变片厚度一般在0.0030.010mm。优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于大批量生产。现已基本取代丝式应变片。,2.2 应变式电阻传感器,2.半导体应变片 实验证明：对半导体而言,e比1+2大近百倍，所以可忽略1+2,2.2 应变式电阻传感器,半导体应变片最突出的 优点是体积小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单； 缺点温度系数大，应变时非线性比较严重。,2.2 应变式电阻传感器,序 号 ordinal number 产品标准号 gb/t 13992-92,补充 应变片产品说明与使用,应变计使用说明 (浙江黄岩测试仪器厂） 1、应变计的类型选择 传感器和高精度测量需要长期的测量用片，一般应力分析可选用bx系列应变计； 混凝及建筑构件测试可选用sz系列应变计；混凝内应力，测量请用hnb一1 内埋应变计。,补充 应变片产品说明与使用,2、粘结剂的选择 传感器及长期测试请用高温固化粘结刑(pa一48、黄岩1号、xf一1胶)。周期较短测试及纸基应变计贴片可用5 0 2快干胶。 3、弹性体与试件贴片面的打磨 一般钢件与铝件可选用220*320*粒度砂纸打磨，达到贴片面平整无氧化层与杂质，要使砂纸磨痕与应变计工作栅呈45交叉形。对于铸铁与混凝土可用锉刀或砂轮打磨。,补充 应变片产品说明与使用,4、贴片部位的清洗 可用棉球蘸丙酮或无水乙醇，以单方向擦净油污、杂质、灰尘。 5、划贴片定位标记 可用4h铅笔或无油圆珠笔划出贴片定位线。 注意：定位线不要通过应变计工作栅区域。,补充 应变片产品说明与使用,6、贴片 该道工序最好在净化室内，湿度不超过65、室外工作，注意防尘、防湿。 用棉球蘸无水乙醇或丙酮单方向擦净贴片部位及应变计正反二面，擦净后立即用纸罩或玻璃罩罩住防尘（擦净后严禁手指接触）。 用狼毫笔或玻璃棒将贴片胶薄而均匀地涂布在粘贴面上。 将应变计对准贴片定位线粘于试件。 在应变计上覆苯聚四氟乙稀薄膜，用手指顺应变计轴线方向滚压挤出多余胶液。 检查贴片准确度。 以上各点应在短时间内完成，以防灰尘、水汽进入。施加相应的压力，加温固化或稳定化处理。,补充 应变片产品说明与使用,7、固化 应变计上覆聚四氟乙稀薄膜再压上硅橡胶板，根据粘接胶性能要求。 8、贴片质量检查（1）外观检查：贴片位置有否偏离、应变片有否变形、胶层有否杂质与气泡；（ 2）电阻测量 ；（ 3）绝缘电阻测量。,补充 应变片产品说明与使用,9、引出线焊接 未焊有引出线应变计，可用硬质橡皮在应变计焊点处擦去残留胶液及氧化物，用丙酮擦净，以2 0w电烙铁快速焊上引出线。已有引出线应变计，在靠近应变计焊点处，粘上接线端子，可将应变计引出线与接线端子焊接。再将导线焊于接线端子上。 10、 清理多余胶液，残余焊剂、污物。 11、应变计防护一般可采用7o3、704硅橡胶密封。传感器长期可靠防护应选用其它性能优良，中性的防护胶。,补充 应变片产品说明与使用,四、电阻应变片的测量电路 1.直流电桥,2.2 应变式电阻传感器,（1）平衡条件 当不加负载时,即rl时，电桥的输出电压u0应为：,（2）电压灵敏度 放大器的输入阻抗可以比桥路输出电阻高得多，所以此时仍视电桥为开路情况。,2.2 应变式电阻传感器,2.2 应变式电阻传感器,（3）非线性误差及其补偿的方法 绝对非线性误差：实际的非线性特性曲线与理想的线性曲线的偏差。,减小或消除非线性误差的方法： 提高桥臂比n(但降低灵敏度),2.2 应变式电阻传感器,采用差动电桥,2.2 应变式电阻传感器,半桥差动电路没有非线性误差,即,与单臂电桥比较,2.2 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,全桥差动电路没有非线性误差，即：,同理,对全桥差动电路：,第二节 应变式电阻传感器,采用高内阻的恒流源 电桥,（2）交流电桥的调平方法 交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整的方法实现。 电阻调平法 电容调平法 （i）串联电阻法（a） （i）差动电容法（c） （ii）并联电阻法（b） （ii）阻容调平法（d）,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,（3）交流电桥不平衡状态输出电压为,差动交流电桥 （半桥差动电路）,单臂交流电桥,双差动交流电桥 （全桥差动电路）,第三节 电阻式传感器应用举例,一、电阻应变仪 1.静态电阻应变仪；2.静动态电阻应变仪；3.动态电阻应变仪；4.超动态电阻应变仪；5.遥测应变仪,交流电桥电阻应变仪：,第三节 电阻式传感器应用举例,通过低通滤波器滤除高频信号可得：,第三节 电阻式传感器应用举例,二、电位器式压力传感器,第三节 电阻式传感器应用举例,三、电阻应变片在轧制力检测中的应用,第三节 电阻式传感器应用举例,四、应变传感器在衡器中(电子秤)的应用,第三节 电阻式传感器应用举例,（a）图。传感器弹性体为双弯曲梁，4片应变片分别粘贴在梁的上、下两表面上，组成全桥电路（与单片机结合组成数字式电子秤）。当重物w作用时，r1、r4受拉伸，阻值增加；r2、r3受压缩，阻值减小，电桥失去平衡，产生u电压输出，且u与w成正比：,于是双连孔传感器的输出为：,传感器的灵敏度为：,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,五、应变传感器对加速度的测量 1.应