电阻式检测元件课件.ppt

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1、2.3电阻式检测元件电阻式检测元件种类有电阻应变元件、热电阻、湿敏电阻和气敏电阻等主要掌握：电阻应变元件热电阻2.3.1电阻应变片式检测元件F(P)弹性元件应变片电桥电压电阻2.3.1.1电阻应变元件的工作原理应变效应:导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形其电阻值将发生变化，这种现象成为“应变效应”电阻应变片就是基于应变效应工作的。当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化。FFr△r取一根长度为l，截面积为A，电阻率为的金属丝，未受力时其电阻R为(2-1)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，径

2、向缩短，式中：为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。式中：是长度相对变化量，用应变量ε表示为(2-2)(2-3)(2-4)对于半径为ｒ的圆导体为圆形电阻丝的截面积相对变化量，所以式（2-2）、（2-4）代入（2-1）因此金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在比例关系。比例系数K称为金属丝电阻的应变灵敏系数。①前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起,一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；对金属材料，以K≈1+2μ为主。实验表明：在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常K在1.8～3

3、.6范围内。物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。灵敏度系数K受两个因素影响:②后一部分为，电阻率随应变而引起的,称“压阻效应”。对半导体，K值主要由电阻率相对变化所决定。2.3.1.2应变片的结构及种类（1）金属应变片金属丝直径：0.015-0.05mm丝式应变片(头发的直径：0.05—0.12mm)由金属丝栅(亦称敏感栅)基底、引线、保护膜等组成。基底和保护膜：绝缘及传递应变。引出线：其作用是从敏感元件引出信号，并与测量电路连接。金属应变片特点：性能稳定、精度高、灵敏度高。箔式应变片将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利

4、用照相制版或光刻技术，制成各种需要的形状。式中A—由桥臂电阻和电源电压决定的常数。R1—工作应变片；RB—补偿应变片。由上式可知，当R3、R4为常数时，Rl和RB对输出电压的作用方向相反。利用这个基本特性可实现对温度的补偿，并且补偿效果较好，这是最常用的补偿方法之一。桥路补偿法U0RBR4R1R3E两应变片处于同一温度环境中R1称为工作应变片。RB称为补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。由于R1与RB接入电桥相邻臂上，补偿应变片粘贴示意图R1RB当被测试件不承受应变时，R1和RB处于同一温度场，调整电桥参数

5、，可使电桥输出电压为零，即（2）半导体应变片式中：∆ρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量压阻效应:是指半导体材料,当在某一轴向受外力作用时,它的电阻率发生变化的现象。半导体应变片受轴向力作用时，它的电阻相对变化为式中：π——压阻系数；σ——应变力；ε——应变；E——弹性模量;K——灵敏系数扩散硅压力传感器结构图例特点：体积小、滞后小、动态性能好、灵敏系数高（为金属应变片的50-80倍）、应用广泛，温度稳定性较差，应变较大时非线性严重。思考题电阻应变片是测量应变的，温度对输出有影响而产生测量误差，请问采取什么措施会减小温度的影响？

6、2.3.2热电阻式检测元件原理：基于导体或半导体的电阻随温度变化的性质。分为两大类：金属热电阻，半导体热敏电阻目前常用的金属热电阻有铂、铜多数金属热电阻：正温度系数、温度系数较小多数半导体热敏电阻：负温度系数、温度系数较大2.3.2.1金属热电阻对金属材料的要求：1）物理稳定性要高,即热电性能稳定,不随时间变化。2）化学稳定性要高,即在高温下不被氧化和腐蚀。3）电阻温度系数大。（灵敏度高）4）电阻率要大。（电阻值大，而体积小）5）电阻值随温度变化成线性,复制性好。铂热电阻-200℃～0℃范围：0～850℃范围：特点：精度高、性能稳

7、定可靠、抗氧化性好。分度号:Pt10R0=10ΩPt100R0=100Ω测温范围-200---850ºC由于B、C很小所以：平均电阻温度系数为α＝3.85×10-31/℃。Pt10电阻丝较粗，主要用于高一点温度的测量。R0—0℃时的阻值;A＝3.9083×10-31/℃;B＝-5.775×10-71/℃2;C＝-4.183×10-121/℃4。电阻丝的粗细铂电阻d＝0.030.07mm铜热电阻测温范围：-50～150℃。特点：电阻温度系数大，且材料易提纯，价格便宜，电阻率低。A＝4.28899×10-31/℃；B＝-2.133×1

8、0-71/℃2；C＝1.233×10-91/℃3。分度号：Cu50R0=50ΩCu100R0=100Ω由于B、C很小所以：平均电阻温度系数α＝4.28×10-31/℃。电阻丝的粗细铜电阻d＝0.1m铂电阻特点：1.物化性能稳定、耐氧化；2.电阻率较