参数式传感器及其应用ppt课件.ppt

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1、测试技术——参数式传感器及其应用第四章内容电阻式传感器电容式传感器电感式传感器信号的获取与调理环节是测试系统中非常重要的组成部分。在整个测试系统中，传感器承担着信号的获取功能，它是整个测量系统的首要环节。传感器种类繁多，目前尚无统一的分类方法。根据传感器输入输出功能可以有以下两种分类方法：传感器输入量分类法可分为温度、压力、位移、速度、湿度等传感器。该分类法适合于用户和销售商，以便于很明确地根据用途选用传感器。输出量分类法可分为参数式传感器和发电式传感器两类。该分类法适合研发者和学习者，以便于掌握传感器的工作原理。传感器参数式传感器将输入的工程参数变化转变为电参

2、数变化的传感器。常用的有电阻、电感和电容式三种基本类型传感器。这种传感器由于在工作时其本身没有内在的能量转换，而不能产生电信号输出，故常常也被称之为无源传感器。发电式传感器将输入的工程参数信号直接转变为电信号输出的传感器。常用的有压电式、磁电式、光电式、霍尔式以及热电式等基本类型传感器。在工作时其本身就有内在的能量转换，且能够产生电信号输出，故它常常也被称之为有源传感器。本章重点介绍参数式传感器及其应用，下一章将介绍发电式传感器及其应用电阻式传感器是将非电量变化转换为电阻变化的传感器。电阻R4.1电阻式传感器电阻应变式热电阻式电位计式电阻式传感器电阻应变式传感器

3、通常有两种用法：直接利用材料的应变效应或压阻效应把应变转换为电阻的变化，承担这种转换功能的元件就称为应变片将应变片贴在各种形式的弹性敏感元件上，被测物理量作用于敏感元件使其发生形变，贴在敏感元件上的电阻应变片再把形变转换成电阻的变化4.1.1电阻应变片式传感器不同结构形式的敏感元件可用于检测力、力矩、压力、位移等多种物理量电阻应变片工作原理应变片的电阻：l——长度A——截面、半径rρ——电阻率微应变材料在轴向受力的作用，产生机械变形/结构变形——微应变Al4.1.1电阻应变片式传感器电阻应变片工作原理微应变结构尺寸变化应变单位：με（1με=1x10-6m/m）

4、ν材料的泊松比电阻率变化Al4.1.1电阻应变片式传感器电阻应变片工作原理金属材料ν材料的泊松比C常数半导体材料л半导体材料在受力方向压阻系数E半导体材料的弹性模量Al4.1.1电阻应变片式传感器电阻应变片工作原理金属材料一般ν≈0.3，C≈1，因此金属材料的电阻应变效应主要来自结构尺寸的变化——尺寸效应，且灵敏系数较小，约为2.0左右。半导体材料лE>>(1+ν)，因此半导体材料的电阻变化主要来自压阻效应，灵敏系数较大，约为50～200，且分散性大。4.1.1电阻应变片式传感器电阻应变片工作原理应变片比较类型金属应变片半导体应变片测量范围με0.1～50000

5、0.001～3000灵敏系数1.8～4.550～200标称阻值Ω120，350，600，…，50001000～5000电阻受温度影响温度系数是正值温度系数是负值，0.15%/0C电阻容差0.1%～0.35%1%～2%4.1.1电阻应变片式传感器电阻应变片的类型及特性（1）电阻应变片的结构和类型4.1.1电阻应变片式传感器50年代以前，主要使用金属丝式应变片，50年代中期以后，主要使用金属箔式应变片。电阻应变片的类型及特性（2）应变片特性及主要技术参数4.1.1电阻应变片式传感器选择合适的应变片：一般根据试验环境、应变性质、试件状况及测试精度。下表给出了金属应变片

6、和半导体应变片的典型特征：参数金属应变片半导体应变片测量范围0.1～500000.001～3000灵敏度1.8～4.550～200标称阻值/Ω120，350，600，…，50001000～5000电阻容差0.1～0.35%1～2%有效栅长度/mm0.4～150标准值：3～101～5电阻应变片的类型及特性（2）应变片特性及主要技术参数4.1.1电阻应变片式传感器除以上指标外，还必须注意以下几个技术参数：1）金属应变片材料不同的应变片材料具有不同的性能。康铜是最常用的电阻丝材料；卡玛合金适用于长时间静态测量时选用，它比康铜具有更长的疲劳寿命和更宽的温度范围；铂钨合金

7、具有极长的疲劳寿命。2）绝缘电阻应变片绝缘电阻R是指已粘贴的应变片与被测试件之间的电阻值，绝缘电阻下降会导致测试系统灵敏度下降，引入测量误差，一般要求R＞108Ω。3）最大工作电流应变片最大工作电流Imax是指已安装的应变片敏感栅允许通过的不影响其工作特性的最大电流值。电阻应变片的类型及特性（3）应变片式传感器的温度误差4.1.1电阻应变片式传感器因此:必须采用一定的方法来补偿电阻应变片输出的温度误差，实用中常采用桥路补偿方法。式中Rt、R0—应变片在温度t、t0时电阻值；—应变片电阻丝的电阻温度系数；—电阻丝材料和试件材料的线膨胀系数；Ｓ—应变片灵敏系数；—温

8、度变化量。电阻温度效应热