《电阻传感器》PPT课件.ppt

1、2020/8/29,1,第2章 线性位移传感器及应用,位移是制造业中最常见的被测物理量之一。线性位移传感器也是构成其他各种机械量传感器和流体压力、液位传感器的基础。,2020/8/29,2,第一节 电阻应变式传感器,电阻应变式传感器是一种利用应变式电阻将应变转换为电阻变化的传感器。 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。,2020/8/29,3,第一节 电阻应变式传感器,电阻应变式传感器主要由弹性敏感元件、电阻应变片及应变电桥组成。,2020/8/29,4,一、工作原理,金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。,2020/8/29

2、,5,二、应变片的工作原理,设有一长度为l 、截面积为A、半径为r、电阻率为的金属单丝，它的电阻值R可表示为 当金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大； 如：某些半导体受拉时，将变大，导致R变大。 实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量R R与材料力学中的轴向应变x的关系在很大范围内是线性的，即,K电阻应变片的灵敏度,2020/8/29,6,微应变(),对于不同的金属材料，K 一般为2左右； 对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率 会产生很大的变化，灵敏度比金属材料大几十倍。,在材料力学中， x通常很小，常用10-6表示之。例如，当 x为0.000001时，在工程中常表示为110

3、-6或m/m。在应变测量中，也常将之称为微应变()。 对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于110-3，即1000m/m，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。,2020/8/29,7,二、应变片的种类与结构,应变片：金属应变片 半导体应变片 金属应变片：金属丝式 箔式 薄膜式 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。目前广泛用于各种应变式传感器中。,2020/8/29,8,箔式应变片的外形,2020/8/29,9

4、,半导体应变片及金属丝式应变片的结构,半导体应变片外形,金属丝式应变片的内部结构,2020/8/29,10,应变片主要性能指标举例,上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？,2020/8/29,11,应变片的粘贴： 1. 去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。,2020/8/29,12,2.贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡 。,2020/8/29,13,3.测量 ：从分开的端子处

5、，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。,2020/8/29,14,4.焊接： 将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。,2020/8/29,15,5.固定： 焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。,2020/8/29,16,三、测量转换电路（应变电桥） 不平衡电桥,金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。 电桥在初始状态是平衡的，输出电压等于零；当桥臂参数变化时才输出电压，称为不平衡电桥，其特性是非线性的。,电桥平衡的条件 ： R1/R2=R4/R3,2020/8/29,17,三、测量转换电路不

6、平衡电桥,2020/8/29,18,电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3,调节RP，最终可以使R1/R2=R4/R3（ R1、R2是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。,2020/8/29,19,单臂电桥,全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。,2020/8/29,20,双臂电桥,R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变12以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。,2020/8/29,21,四臂全桥,全桥的四个桥臂都为

7、应变片，如果设法使试件受力后，应变片R1 R4产生的电阻增量（或感受到的应变14）正负号相间，就可以使输出电压Uo成倍地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。,2020/8/29,22,全桥的温度补偿原理,当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。,2020/8/29,23,四、电阻应变式传感器的特点,1、测量范围广,2、精度高,3、可靠性好,4、结构简单,5、频率响应好,6、品种多样，价格便宜,7、非线性大,8

8、、易受干扰,9、不能耐高温,2020/8/29,24,四、应变效应的应用,应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。 应用：将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路。,2020/8/29,25,应变式力传感器,应变式力传感器,F,F,F,F,2020/8/29,26,各种悬臂梁,2020/8/29,27,各种悬臂梁,F,F,固定点,固定点,电缆,2020/8/29,28,电阻应变式传感器的应用：测力,2020/8/29,

9、29,应变片在悬臂梁上的粘贴及变形,应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置,F,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,荷重传感器原理演示,荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。,2020/8/29,34,汽车衡,2020/8/29,35,汽车衡（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料 ）,汽车衡称重系统,荷重传感器用于构件的称重,荷重传感器 （共 3个，120度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）,底座,垫块,电缆,电子秤,磅秤,超市打印秤,远距离显示,原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。,电子天平,电子天平的精度可达十万分之一,人体秤,吊钩秤,便携式,2020/8/2