电阻式传感器课件.ppt

《电阻式传感器课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章电阻式传感器2.1电阻应变式传感器2.2压阻式传感器2.3热电阻式温度传感器11.掌握电阻应变片的工作原理（应变效应）2.了解电阻应变片的结构、类型及参数3.理解应变片的动态响应特性4.掌握测量电路（直流电桥、交流电桥）5.掌握电阻应变式传感器的温度误差、产生原因及其补偿6.理解应变式传感器的结构设计及应用2.1电阻应变式传感器基本要求23概述电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。4将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度

2、及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经电路处理后以电信号的方式输出。电阻应变式传感器的工作原理52.1.1电阻应变片的工作原理（应变效应）电阻应变片简称应变片：一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。电阻应变效应：金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。原因：因为金属丝的电阻、材料的电阻率与其几何尺寸有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，它们都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变

3、化。6FFLL+dL2r2(r-dr)ρ:电阻系数l:金属导线长度A:金属导线截面积设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导体(如金属丝)，它具有的电阻为当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ均发生变化。78金属丝电阻率的相对变化与其轴向所受应力s有关，即式中e——金属丝材料的应变(轴向)E——金属丝材料的弹性模量l——压阻系数，与材料有关m——为金属材料的泊松比dr/r—金属丝电阻率的相对变化量9灵敏系数K0为单根金属丝的灵敏系数物理意义：当金属丝发生单位长度变化（应变）时，K0的大小为电阻变化率与其应变的

4、比值，亦即单位应变所引起的电阻值变化量。10金属材料：K0以前者为主，则（应变效应）。半导体材料：K0利用值主要由电阻率变化引起（压阻效应）。金属丝几何尺寸的改变而引起(应变效应)材料的电阻率发生变化而引起（压阻效应）对于特定的材料，是一常数，因此，电阻丝电阻变化率与应变成线性关系——电阻应变计测量应变的理论基础。11举例1：某应变片的电阻R=350，灵敏系数K=2.05，用作应变的传感元件。求：解：12举例2：一个K=2.1的350应变片粘贴在铝支柱（其弹性模量E=73GPa）上。支柱的外径为50mm，内径为47.5mm

5、。试计算当支柱承受1000kg负荷时电阻的变化。（提示：为测试的应力；为应变；E为材料的弹性模量）13解：14举例3如果将100的电阻应变片粘贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5*10-4m2，弹性模量E=2*1011N/m2，若有F=5*104N的拉力引起电阻变化为1。试求该应变片的灵敏度系数。（提示：为测试的应力；为应变；E为材料的弹性模量）解：152.2.2电阻应变片的结构、类型及参数1.应变片的基本结构16敏感栅——应变片中最重要的部分，由某种金属细丝绕成栅形。应变计中实现应变-电阻转换的敏感元件。敏感栅合

6、金材料的选择对所制造的电阻应变计性能的好坏起着决定性的作用。基底——固定敏感栅，并使敏感栅与弹性元件相互绝缘；应变计工作时，基底起着把试件应变准确地传递给敏感栅的作用，为此基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布。引线——连接敏感栅和测量线路的丝状或带状的金属导线。一般要求引线材料具有低的稳定的电阻率及小的电阻温度系数。盖层——保护敏感栅使其避免受到机械损伤或防止高温氧化。粘结剂——用粘结剂分别把盖层和敏感栅固结于基底；在使用应变计时，用粘结剂把应变计基底再粘贴在试件表面的被测部位

7、，因此粘结剂也起着传递应变的作用。172.电阻应变片的种类及特点1）电阻丝式应变片电阻丝式应变片的敏感元件是丝栅状的金属丝，它可以制成U型、V型和H型等多种形状电阻丝式应变片因使用的基片材质又可以分为纸基、纸浸胶基和胶基等种类。18箔式应变片的工作原理和结构与丝式应变片基本相同，但制造方法不同。它采用光刻法代替丝式应变片的绕线工艺。2）箔式应变片192）箔式应变片尺寸小、图形准确横向效应很小容许电流大疲劳寿命长生产效率高2021基于半导体的“压阻效应”体积小、灵敏度高、机械滞后小温度稳定性差、非线性严重3）半导体式应变片半

8、导体式应变片的使用方法与金属电阻应变片相同，即粘贴在弹性元件或被测体上，随被测试件的应变其电阻值发生相应变化。单晶硅材料受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象——压阻效应。223.金属应变片的参数1）几何尺寸应变片的工作宽度（基宽）a是在应变片轴线相垂直的方向上，敏感栅最外侧之间的距离；应变片的工作