传感器课件君1-5讲第三

1、第2章 电阻式传感器 电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。 电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。目前已成为生产过程检测以及实现生产自动化不可缺少的手段之一。 下页返回图库第2章 电阻式传感器2.1电位器式传感器2.2应变片式传感器本章要点下页上页返回图库2.1 电位器式传感器电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用。它们主要用于测

2、量压力、高度、加速度、航面角等各种参数。 电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。下页上页返回图库2.1.1 线性电位器线性电位器的空载特性 图2-1电位器式位移传感器原理图 图2-2电位器式角度传感器 图2-3线性线绕电位器示意图阶梯特性、阶梯误差和分辨率 图2-4局部剖面和阶梯特性图 图2-5理想阶梯特性曲线下页上页返回图库2.1.

3、2 非线性电位器非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻)与 电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器，也称函数电位器。常用的非线性线绕电位器有变骨架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。图2-6变骨架电位器下页上页返回图库2.1.3 负载特性与负载误差图2-7 带负载的电位器电路图2-8 电位器的负载特性曲线族图2-9 电位器负载误差曲线图2-10 非线性电位器的空载特性与线性电位器 的负载特性的镜象关系下页上页返回图库2.1.4 电位器的结构与材料由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不同。但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。常用的线绕式电位

4、器的电阻元件由金属电阻丝绕成。 图2-11 某些电刷结构 图2-12 YCO-150型压力传感器原理图 图2-13 膜盒电位器式压力传感器原理图下页上页返回图库2.1.5 电位器式传感器应用举例图2-14 电位器式位移传感器示意图图2-15 测小位移传感器示意图图2-16 电位器式加速度传感器示意图下页上页返回图库2.2 应变片式传感器电阻应变片的工作原理金属电阻应变片主要特性温度误差及补偿应变片式电阻传感器的测量电路应变片式电阻传感器的应用举例下页上页返回图库2.2.1 电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 图2-17

5、 金属丝伸长后几何尺寸变化下页上页返回图库2.2.2 金属电阻应变片主要特性 金属电阻应变片结构及材料 图2-18 金属丝式应变片的基本结构 图2-19 箔式应变片的基本结构 图2-20 各式箔式应变花下页上页返回图库2.2.2 金属电阻应变片主要特性 电阻应变片主要特性 灵敏系数 横向效应 机械滞后，零漂及蠕变 温度效应 应变极限、疲劳寿命 动态响应特性图2-21 机械滞后 图2-22 应变极限下页上页返回图库2.2.3 温度误差及补偿 在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数t及栅丝与试件膨胀系数(g及s)之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。必须采取补偿温度误差

6、的措施。通常温度误差补偿方法有两类：自补偿法 1单丝自补偿法 2组合式自补偿法线路补偿法 图2-27 电桥补偿法 图2-28 差动电桥补偿法下页上页返回图库2.2.4 应变片式电阻传感器的测量电路 直流电桥 直流电桥平衡条件 直流电桥电压灵敏度 电桥的非线性误差 交流电桥 交流电桥的平衡条件 交流应变电桥的输出特性及平衡调节 图2-29 直流电桥 图2-30 交流电桥下页上页返回图库2.2.4 应变片式电阻传感器的测量电路应变片式传感器对应变产生的电阻变化量很小，通常是在几个欧姆以下。要求测量电路必须能够测量微小电阻的变化。电桥电路是最常用的测量微小电阻变化的电路。为了提高电桥灵敏度或为进行温

7、度补偿，在桥臂中往往安置多个应变片。应变电桥多采用交流电源供电。下页上页返回图库2.2.5 应变片式电阻传感器的应用举例下页上页返回图库柱式力传感器（a）实心圆柱；（b）空心圆筒； 图2-19 柱式力传感器FF面积S-1+2-2+1截面积SF(a)实心圆柱(b)空心圆柱F轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的应变，以构成差动对。由于应变片沿圆周方向分布，所以非轴向载荷分量被补偿。下页上页返回图库R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀

8、的圆柱表面中部，构成差动对,且处于对臂位置，以减小弯矩的影响 。横向粘贴的应变片具有温度补偿作用。下页上页返回图库(2)梁式力传感器结构简单，易加工，灵敏度高适合于测5000N以下的载荷 b0R1R2l0lFbh 等截面悬臂梁FhR1、R4lR2、R34只应变片此位置上下两侧分别粘有4只应变片，R1、R4同侧；R3 、R2同侧，这两侧的应变方向刚好相反，且大小相等，可构成全差动电桥。下页上页返回图库b0R1R2XlFbh 等强度悬臂梁 集中力F作用于梁端三角形顶点上，距作用力任何距离的截面上应力均相等下页上页返回图库 双端固定梁R4R3R2R1FUU 双弯曲梁下页上页返回图库S型拉压传感器悬臂梁式传感器双孔梁式传感器桥式传感器下页上页返回图库薄壁圆环式力传感器 实例1. 应变式加速度传感器在低频（1060Hz）振动测量中得到广泛的应用,但不适用于频率较高的振动和冲击。 应变式加速度传感器结构示意图1等强度梁 2质量块 3壳体 4电阻应变片(a) 微压传感器传压杆感压膜图2-27 应变式传感器测容器内液位电阻应变片（反、正两面共4片）E2R1R3RLR2R4U0R1R3RLR2R4实例2. 应变式传感器测容器内液位 (b)原理：电机-转角 -应变片 -电阻实例3.实例4. 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