第三章传感器2

1、3.3 3.3 电阻式传感器电阻式传感器 工作原理工作原理 是把被测物理量的变化转换为电阻变化，再是把被测物理量的变化转换为电阻变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。3.3.1 3.3.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量应变式传感器是基于测量物体受力变形所产物体受力变形所产生应变生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。应变片。 应用范围应用范围 可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。参数。 精度高，测量范围广；精度高，测量

2、范围广； 使用寿命长，性能稳定可靠；使用寿命长，性能稳定可靠； 结构简单，体积小，重量轻；结构简单，体积小，重量轻； 频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； 价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 应变式传感器特点应变式传感器特点： 1 1、应变式传感器的工作原理、应变式传感器的工作原理1) 1) 金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应 电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻应电阻应变效应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，即金属导体在外力作用下发生机械

3、变形时，其电阻值随着所受机械变形其电阻值随着所受机械变形( (伸长或缩短伸长或缩短) )的变化而的变化而发生变化的现象。发生变化的现象。 两边同时取两边同时取e e为底的对数，再求导数，得：为底的对数，再求导数，得：金属应变片的电阻金属应变片的电阻R R为为AlR/金属丝长金属丝长l l，截面积，截面积A A，电阻率，电阻率，则，则dAdAldlRdR圆截面金属丝：圆截面金属丝：2rAdrdrldlRdR2有：有：dvdvRdR)21(2形变效应形变效应压阻效应压阻效应/)21 (/0dvRdRS灵敏度系数灵敏度系数单位应变所引起的电阻相对变化单位应变所引起的电阻相对变化 在电阻丝拉伸比例极限

4、范围内，电阻的相对变化与其在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即所受的轴向应变是成正比的，即S0为常数，于是为常数，于是 ：0/SRdR通常金属电阻丝的通常金属电阻丝的S0=1.74.6。 2) 2) 应变片的基本结构及测量原理应变片的基本结构及测量原理 应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。弹性体或试件的变形通过基底和粘结变片粘贴于被测试件上。弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转

5、换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。换为电压或电流的变化，即可测量应变。金属电阻应变片分为：金属电阻应变片分为：丝式丝式、箔式箔式和和金属膜式金属膜式。3) 3) 电阻应变片的分类及材料电阻应变片的分类及材料 金属丝式应变片是用金属丝式应变片是用0.010.010.05mm0.05mm的金属丝做成敏感栅，的金属丝做成敏感栅，有回线式和短接式两种。它制作简单、性能稳定、成本低、有回线式和短接式两种。它制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴，但因圆弧部分参与变形，横向效应较大。易粘贴，但因圆弧部分参与变形，横向效应较大。 金属箔式应变片是利用照相制版或光刻技术，将厚约为金属箔式应变片是利用照相

6、制版或光刻技术，将厚约为0.0030.0030.01mm0.01mm的金属箔片制成敏感栅。的金属箔片制成敏感栅。 金属薄膜应变片是是采用真空蒸发或真空沉积等方法，金属薄膜应变片是是采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘基片上形成厚度在在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1m0.1m以下的金属电阻材料薄以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏系数膜的敏感栅，最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，可达大，允许电流密度大，工作范围广，可达197197317317。应变计金属应变计金属应变计电阻应变式传感器的应用：电阻应变式传感器的应用：p 将

7、应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应变将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应变和应力。和应力。 p 将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。这种传感器常用来测量力、位移、加速度等物理参数。感器。这种传感器常用来测量力、位移、加速度等物理参数。在这种情况下，弹性元件将被测物理量转换为成正比变化的在这种情况下，弹性元件将被测物理量转换为成正比变化的应变，再通过应变片转换为电阻变化输出。应变，再通过应变片转换为电阻变化输出。1、基本工作原理、基本工作原理drdrldlRdR2简化为：简化为：dRdRE.3.2 .3.2

8、 压阻式传感器压阻式传感器 压阻式传感器的压阻式传感器的工作原理工作原理是压阻效应，即半导是压阻效应，即半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化。体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化。机械变形引起电阻变化可忽略，电阻变化率主要由机械变形引起电阻变化可忽略，电阻变化率主要由 引起。引起。/d2、压阻式传感器的特点、压阻式传感器的特点（）优点（）优点p 灵敏度非常高灵敏度非常高p 分辨率高分辨率高p 频率响应高频率响应高p 可测量低频加速度和直线加速度可测量低频加速度和直线加速度（）缺点（）缺点温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。3、压阻式传

9、感器的应用、压阻式传感器的应用压阻式传感器主要用于测量压力和加速度等物压阻式传感器主要用于测量压力和加速度等物理量。理量。 3.3. 电容式传感器电容式传感器 变换原理变换原理: :将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电两平行极板组成的电容器容器, ,它的电容量为它的电容量为: :AC0+ A 0真空介电常数真空介电常数8.858.85* *1010-12-12F/mF/m 极板间相对介电常数。空气极板间相对介电常数。空气极板间距离极板间距离A A两平行极板相互覆盖面积两平行极板相互覆盖面积a)a)极距极距变化型变化型+AC0+b)b)面积变化型面积变化

10、型AC0角位移型角位移型+AC0平面线位移型平面线位移型柱面线位移型柱面线位移型. .AC0产品产品. .陶瓷电容压力传感器陶瓷电容压力传感器 液体压力液体压力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片产生膜片产生 位移。位移。 压力变送器压力变送器c) c) 介质变化型介质变化型AC0产品产品. .电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/ /料位计）料位计）3.3. 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。量转化为电感量的一种装置。分类分类: :电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型涡流式涡流式原理原理: :涡流效应涡流效应法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理楞次定律楞次定律原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：),(ZZ 线圈与导