传感器原理与应用课程讲稿

1、传感器原理与应用课程教学教学主题(教学章、节或主题):第二章电阻式传感器教学方式(请打)理论课r研究课实验课练习题课其他上课时间安排6教育要求(掌握、熟悉、理解三个层次):了解体积式传感器的类型掌握应变式传感器的组成和工作原理，理解半导体应变原理掌握应变男同性恋桥的粘贴方法掌握直流桥的测量原理了解交流桥的原理应用。教育重点、难点和重要知识要点：重点：应变效应、应变式传感器的组成和工作原理直流桥测量电路的分析过程可变间隙式电容传感器的工作原理。难点：应变式传感器原理分析非线性误差及其补偿方法方法和手段板书和多媒体相结合教育的基本内容(教育过程)改进构想第2章电阻式传感器第1节电位器式电阻传感器一

2、、电位器式电阻传感器的常用形式1 .滑动式位移传感器2 .角位移传感器3、分段电阻角位移传感器传感器原理与应用课程教学4 .分段电阻直线位移传感器二、绕线式电位计的结构和工作原理如果绕线式电位计的绕线截面积均匀，则其电阻值变化均匀(线状)。 电位计为空载时，可从分压原理得出对于电位器的负载电阻，输出电压如下所示第二节应变式电阻传感器一、工作原理1 .应变效应如果外部(拉伸力或压力)力作用于导体或半导体材料，则产生机械变形，与此相应其电阻值发生变化，由于该变形，其电阻值发生变化的现象称为“应变效应”。2 .金属电阻丝应变原理一根金属电阻丝，当它不受力时，它的原始电阻值传感器原理与应用课程教学当使

3、均匀应力作用于电阻丝的长度时，、l、a的变化d 、d 1、d A引起电阻d R的变化，可以通过全微分上式来求出。其相对变化量若电阻丝为圆形，则r为电阻丝的半径，若对r进行微分： d A=2r d r金属电阻丝的轴向应变。径向应变或者通常，单位应变能引起的电阻值的变化称为电阻丝的灵敏度系数。 其物理意义是单位应变引起的电阻相对变化量，其表达式为灵敏度系数k是应变男同性恋受到力的材料的几何尺寸的变化，即1 2和应变男同性恋受到力后的材料的几何尺寸的变化这两个因素的影响的另一个是应变男同性恋受到力后的材料的电阻率的变化，即(d/)/x。 对金属材料而言，电阻丝灵敏度系数表达式中的1 2的值远远大于(

4、d/)/x，而半导体材料的(d/)/x项的值远远大于1 2。 在电阻丝的拉伸极限内，电阻的相对变化应该成比例，即k是常数，这通过很多实验来证明。得到表示金属电阻丝的电阻相对变化与轴向成正比。3 .半导体应变原理半导体应变片由半导体材料制成，其工作原理基于半导体材料的压电电阻效应。 在一片半导体的某个轴方向上施加压力使其变形，其电阻率会发生显着变化，这种现象被称为半导体的压阻效应。 利用压阻效应制作的传感器称为压阻传感器或半导体应变片。传感器原理与应用课程教学当半导体应变男同性恋受到轴向力时，其电阻相对变化式中d/是半导体应变男同性恋的电阻率相对变化量，其值与半导体传感器在轴向上受到的应变力有关

5、，其关系为E比1 2大100倍，因此1 2可以忽略，实验证明半导体应变片的灵敏度系数是根据应力和应变的关系，应力值为=E由此可知，应力值与应变成比例，应变与电阻值的变化成比例，因此应力与电阻值的变化成比例。 这是利用应变男同性恋的测量的基本原理。二、应变男同性恋的结构、材料和粘贴1 .应变男同性恋的结构2341乙l型长男同性恋男同性恋宽度2 .金属电阻应变男同性恋的材料对电阻丝材料有如下要求：灵敏度系数大，且在相当宽的应变范围内保持常数的值大，即在相同长度及横截面积的电阻丝中具有大的电阻值如果电阻温度系数小，电阻值也会随环境温度的变化而变化与铜线的焊接性能好，与其他金属的接触电势小的机械强度高

6、，具有优良的机械加工性能。传感器原理与应用课程教学3 .金属电阻、应变、男同性恋的粘贴一般的胶粘剂类型有硝酸纤维素型、氰基亚克力酸型、聚酯类化合物树脂型、环氧树酯型、酚醛树脂型等。 粘贴工序包括被测物的粘贴表面处理、薄片的定位、底漆的涂布、薄片的粘贴、干燥硬化、薄片的质量检查、导线的焊接和固定、保护和屏蔽等。 胶粘剂性能及应变男同性恋条的粘贴质量直接影响应变男同性恋条的工作特性，如零点漂移、迟滞现象、灵敏度系数、线性及其受温度变化影响的程度。 由此可知，选择胶粘剂和正确的粘接工艺与应变片的测量精度有着极其重要的关系。4 .金属箔式应变男同性恋箔式应变男同性恋的工作原理与电阻丝式应变男同性恋基本

7、相同。 其电阻感应元件并非合十礼栅，而是在光电微影技术、蚀刻等工序中制作的薄金属箔栅，因此被称为箔式电阻应变男同性恋二，如图所示。 金属箔的厚度-一般为(0.0030.010)mm，其基板和盖片胶质膜多，基板的厚度一般为(0.030.05)mm。第三节电阻应变男同性恋的测量电路一、测量电路R2R4R1R3e国际货币基金组织acdU0乙罗伯特罗伯特目的：测定微应变引起的微电阻值变化在云同步中，将电阻的相对变化转换为电压或电流的变化。e :电源电压R1、R2、R3及R4:臂电阻RL :负载电阻1 .桥接平衡RL时，桥接输出电压为传感器原理与应用课程教学桥接器平衡时，如果Uo=0桥牌平衡条件。 这表

8、示，为了平衡电桥，相邻的两臂电阻之比必须相等，或者两臂电阻之积必须相等。2 .动态时的电阻变化和输出关系分母项，忽略分子中忽略的二次交叉项：3 .电压灵敏度在实际使用中，第一臂R1是变形片，在受到变形时，变形片的电阻变化为r，其他臂恒定，桥输出电压Uo0，桥为不平衡，输出电压如下所述使用单一应变男同性恋时4 .非线性误差及其补偿方法在上述分析过程中，省略分母R1/R1项，在桥输出电压与电阻的相对变化成比例的理想情况下得到，但实际上应该用下式进行修正传感器原理与应用课程教学与R1/R1的关系为非线性，非线性误差为-例题：应变男同性恋，受到的应变为5000，Ks=2时，修正非线性误差解：R1/R1

9、=Ks 如果Ks=130、=1000，对于灵敏度高的应变传感器，受到小的应变，非线性误差也大。 如果非线性误差不能满足测量要求，则需要取消。第四节电阻传感器的应用1 .应变式力传感器在被测量物理量为负荷或力的应变式传感器的情况下，统称为应变式力传感器。 其主要用途包括各种电子秤和材料试验机的负荷传感器、发动机推力试验、大坝整体装载状况监测等。 应变式力传感器要求高灵敏度和稳定性，当传感器受到侧向作用力和力的作用点发生微小变化时，不会对输出产生大的影响。2 .柱(筒)式力传感器图(a )、(b )分别是柱式、筒式的力传感器，应变片粘贴在弹性体外壁的应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多张，考虑到桥

10、接时尽可能减小负荷偏心和弯矩的影响，图(c )表示圆柱面上的贴片的展开位置和其桥上的连接传感器原理与应用课程教学3 .应变式容器内液体重量传感器4 .应变式加速度传感器应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。 其基本工作原理是物体的运动加速度与其上施加的力成反比，即，a=F/m。 图中1是等强度梁，在自由端安装有质量体2，另一端固定于壳体3。 在等强度梁上粘贴4个电阻应变传感器4。 为了调节振动系统的阻尼系数，壳体内充满了硅油。传感器原理与应用课程教学在测量时，将传感器壳体与被测量对象刚性连接，如果被测量物以加速度a运动，则质量体受到与加速度方向相反的惯性力而使悬臂南朝梁变形，该变形被粘贴在悬臂南朝梁上的应变片感觉，随之产生应变，应变片的电阻变化。 电阻的变化在由应变男同性恋构成的电桥中产生不平衡，通过输出电压可以得到加速度a值的大小。 应变男同性恋加速度传感器在频率高的振动和冲击时，一般适用频率在1060 Hz的范围。课外作业和思想题:1 .试制电阻应变男同性恋发生的热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。2 .应变式传感器由电阻应变式男同性恋构成是