电阻式传感器

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1、第二章电阻式传感器2.1电位器式传感器2.2电阻应变式传感器2.3压敏电阻式传感器2.4气敏电阻传感器第二章电阻式传感器定义:将被测非电量（如位移、应变、振动、温度、湿度、气体浓度等）的变化转换成导电材料的电阻变化的装置，称为电阻式传感器。它是将非电量的变化量，利用电阻元件，变换成有一定关系的电阻值的变化，再通过电子测量技术对电阻值进行测量，从而达到对上述非电量测量的目的。特点:电阻式传感器具有结构简单，输出精度高，线性和稳定性好等优点，因此，它在非电量检测中应用十分广泛。2.1电位器式传感器2.1.1电位器传感器概述定义:被测量的变

2、化导致电位器阻值变化的敏感元件称为电位器传感器。特点:由于它的结构简单、价格便宜，且有一定的可靠性，输出功率大，所以至今在某些场合下还在使用。2.1电位器式传感器结构类型:它由电阻元件和电刷（活动触头）两个基本部分组成。按结构形式可分为线绕式和非线绕式电位器.工作原理:如图2-1所示:2.1电位器式传感器图中当电刷在电阻元件上滑动时，引起ROA变化,则2.1电位器式传感器2.1.2线性线绕电位器的空载特性2.1电位器式传感器若电位器为空载（RL=∞）时,即空载特性为:=R/L，Ku=Ui/L分别为线性电位器的电阻和电压灵敏度，它们分别

3、表明了电刷单位位移所能引起的输出电阻和输出电压的变化量。2.1电位器式传感器说明:电位器空载时，其电阻值Rx~x和输出电压Uo~x的关系特性为线性特性（见图2-3中的“理论特性”）。但是由于制造工艺等各种因素的限制，线性电位器的实际特性并非线性，而是带有一定的非线性。非线性误差为:增加电位器的线圈匝数，可以使L减小。L越小，表示实际特性与理论特性越吻合，即电位器的线性度越高。2.1电位器式传感器2.1.3电位器的负载特性电位器负载运行的特性称为电位器的负载特性。由图2-2（b）可知，当电位器的负载电阻RL≠∞（带负载时），则输出电压U

4、o应为:令:则:m──电位器的负载系数；nx──电阻的相对变化；A──电位器相对输出电压2.1电位器式传感器图2-4给出了电位器的负载特性曲线。由图可知，电位器负载越重（RL越小），负载系数m越大，相对输出电压A越小，输出电压Uo越低，则非线性误差越大；反之，Uo越高，非线性误差越小。2.1电位器式传感器2.1.4非线性线绕电位器非线性线绕电位器是指其输出电压（或电阻）与电刷行程x之间具有非线性关系的电位器。理论上讲，这种电位器可以实现任何函数关系，故又称其为函数电位器。2.2电阻应变式传感器概念：电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应

5、变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。2.2电阻应变式传感器2.2.1电阻应变式传感器的工作原理1.应变效应导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”。导体或半导体的阻值随其机械应变而

6、变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻R=与电阻率及其几何尺寸（其中L为长度，S为截面积）有关，当导体或半导体受到外力作用时，这三者都会发生变化，从而引起电阻的变化。因此通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。如图2-6所示,设有一圆形截面的金属丝，长度为l，截面积为S，材料的电阻率为，这段金属线的电阻值R为r──金属丝半径2.2电阻应变式传感器当金属丝受拉力作用时，其长度L，截面积S（=πr2），电阻率ρ的相应变化为dL，dS，dρ，因而引起电阻变化dR。对式上式全微分可得:以R除左式，除右式，得电阻相对变化量:式中──金

7、属丝的轴向应变；──金属丝的径向应变；──电阻率的相对变化量。2.2电阻应变式传感器由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为:μ──金属丝材料的泊松系数。综合以上两式可得:令:Ks称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单位应变时，电阻相对变化的大小。显然，Ks越大，单位应变引起的电阻相对变化越大，故越灵敏。2.2电阻应变式传感器说明:从上式可以看出，金属丝的灵敏系数Ks受两个因素影响：第一项（1+2μ），它是由于金属丝拉伸后，材料的几何尺寸发生变化而引起的；第二项，是由于

8、材料发生变形时，其电阻发生变化而引起由于项目前还不能用解析式来表示，所以Ks只能靠实验求得。实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化dR/R与应变εΧ是成正比的，因而Ks为一常数，因此以增量表示为:该式即为电阻