第三讲 电阻式传感器

1、传感器与检测技术第三讲本讲内容 交流电桥电路 工程应用 电阻传感器在汽车中的应用 例题直流电桥的特点 用比较方法检测电阻变化的仪器； 测量精度高； 适合电阻式传感器，进行应力应变、温度、湿度、压强等非电量的测量。4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器交流电桥 交流电桥也是一种比较式测量电路； 用于测量： 交流电阻及其时间常数； 自感及其线圈品质因数和互感等电参数； 测量材料的介电常数，电容器的介质损耗； 磁性材料的磁导率和液体的电导率； 也可测非电量变换为相应电量的参数。4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 交流电桥平衡条件4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器或 交流电桥不平衡输出4

2、.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器单臂电桥半差动电桥全差动电桥Z1Z1Z1ZZ4Z2Z4Z3Z3Z2ZZ1ZZ2ZZ3ZZ4Z交流电桥的常见形式 电阻电桥， 电容电桥，主要测量电容器的电容量和损耗角； 电感电桥，主要测量电感（自感、互感）和电圈的品质因数（ ）。4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 交流电桥为什么要调平？4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 各桥臂应变片的性能参数不可能完全对称； 应变片引出导线的分布电容阻抗与供桥电源频率有关。 交流电桥如何调平？4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器串联电阻调平法并联电阻调平法 交流电桥如何调平？4.2 电阻应变式传感器电阻应变

3、式传感器差动电容法阻容调平法交流电桥与直流电桥比较 交流电桥的平衡比直流电桥多一个相位平衡；因此，直流电桥平衡调节简单。 交流电桥测量范围比直流电桥广； 直流电桥电源容易获得； 直流电桥输出电压一般都会采用直流放大器，而直流放大器易于产生零漂。4.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器4.3 工程应用工程应用电阻应变式传感器具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便等优点，可用来测量应变、力、位移、加速度、扭矩等信号。1.直接用来测构件的应变或应力。( (a)a)齿轮轮齿弯矩齿轮轮齿弯矩测量测量 ( (b)b)飞机机身应力飞机机身应力测量测量 ( (c)c)立柱应力立柱应力测量测量 ( (d)

4、d)桥梁应力测量桥梁应力测量( (c)c)力传感器力传感器 ( (d)d)扭矩扭矩传感器传感器 ( (e)e)压力传感器压力传感器4.3 工程应用工程应用2.作为传感器测量力、位移等参数(a)(a)位移传感器位移传感器 (b)(b)加速度传感器加速度传感器轴向应变片感受的应变为： 圆周方向的应变为：， 式中 F载荷； E弹性元件的杨氏模量； S弹性元件截面积。1FSE21FSE 4.3 工程应用工程应用4.4 电阻式传感器在汽车上的应用电阻式传感器在汽车上的应用发动机油气供给系统的工作原理发动机油气供给系统的工作原理1、空气流量计 空气流量计是测量发动机吸入空气量的装置，安装在空气滤清器和节气

5、门体之间的进气道上。它将吸入的空气量转换成电信号送至ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。根据测量原理不同，分为翼片式（叶片式）、卡门漩涡式、热线式和热膜式四种类型，前两者是体积流量型，后两者为质量流量型。4.4 电阻式传感器在汽车上的应用电阻式传感器在汽车上的应用4.4 电阻式传感器在汽车上的应用电阻式传感器在汽车上的应用1、翼片式空气流量计 翼片、回位弹簧、电位计指针构成机械系统： 翼片受气流影响发生偏转； 翼片受回位弹簧和汽流的共同作用，从而力平衡； 电位计指针（滑臂）固定在翼片轴上，随翼片一起转动。缓冲翼片和缓冲室的作用是减少翼片脉动，使翼片运转平稳。4.4 电阻式传感器在汽车上

6、的应用电阻式传感器在汽车上的应用1、翼片式空气流量计 发动机控制的一项重要内容就是最佳空燃比控制，即根据空气流量信号确定喷油量。油泵开关的顶针也安装在翼片转动轴上。当翼片处于静止位置时，燃油开关触点被顶开，切断油泵电路。当翼片旋转时，触点闭合，接通燃油泵电路。不同的空气温度，空气密度不同。因此需要温度传感器对进气量信号进行修正。4.4 电阻式传感器在汽车上的应用电阻式传感器在汽车上的应用BSUU 与空气流量成反比，且线性下降： 当吸入的空气流量减小时，翼片转角减小，US电压上升， 随之增大。BSUU用 作为空气流量计的输出，目的在于加到电位计上的电源电压UB发生变化时， 仍可保持不变，以此保证精度。BSUUBSUU1、翼片式空气流量计 例题例1 若某应变式传感器K=2，要求采用半桥单臂的测量电路非线性误差，求等臂该应变片允许测量的最大应变值 。%1max例2 如果将100欧姆的电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.510-4m2，弹性模量E=21011N/m2 ，若有F=5104N的拉力引起应变电阻变化为1欧姆。试求该应变片的灵敏度系数？例3 采用四片相同的金属丝应变片（k=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如图所示。力F=1000kg。圆柱断面半径r=1cm，杨氏模量E=2107N/m2