第2章2电阻式传感器ppt课件.ppt

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1、2.3电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。测量原理结构测量参数：力、压力、位移、应变、加速度、温度等特点：结构简单、性能稳定、灵敏度较高品名型号特性参数用途及使用方法外观应变式力传感器LYB-5-A测量范围：0～1kg安全超载：150%工作温度(℃)：-20～+60：工作电压：DC5V综合精度：0.03Kg称重，应变测量，触力测量方法：指定压力方向，将砝码等质量块放上，标定后即可使用实用传感器样品举例举例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形

2、，再通过应变片转化为电量输出。应变片举例：冲床生产记数和生产过程监测举例：机器人握力测量第一节应变式传感器目前自动测力或称重中应用最普遍的是应变式传感器。应变式传感器是基于金属电阻的应变效应制成的。一、工作原理（一）、金属的电阻应变效应金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短）的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。取一根长度为L，截面积为S，电阻率为的金属丝，未受力时其电阻R为：（2-1）lΔlΔrrFF当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引

3、起电阻值相对变化量为：式中ΔL/L是长度相对变化量,即轴向应变，用应变ε表示ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即（2-2）（2-3）（2-4）（即将式（2-1）取对数再微分，得到电阻值相对变化量）（书上公式有错）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式中:μ——电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。（2-5）将式（2-3）,式（2-5）代入式（2-2）,可得或（2-6）（2-7）通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电阻丝

4、的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量,其表达式为（2-8）（2-9）因此由式2-8可知，灵敏度系数受两个因素影响:①受力后材料几何尺寸的变化,即（1+2μ）;②受力后材料的电阻率发生的变化,即Δρ/。对于金属材料而言，k0=1+2u；对半导体，k0值主要由电阻率相对变化所决定。通常金属电阻丝的灵敏系数k0=2左右。(二)应变片的基本结构及测量原理应变片的结构应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。敏感栅常用下列材料制成：（1）康铜（铜镍合金）：最常用；（2）镍鉻合金：多用于动态；（

5、3）镍鉻铝合金：作中、高温应变片；（4）镍鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片；（5）铂及铂合金：高温动态应变测量。（1）敏感栅感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。各部分的作用（2）基底绝缘及传递应变。测量时应变片的基底通过粘结剂粘在试件上，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号就要漏掉。由纸箔、胶质膜等制成。（3）粘结剂敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的粘结。（4）覆盖层保护作用，防湿、腐蚀、灰尘。（5）引线连接电阻丝与测量电路，

6、输出电参量。用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。通过弹性敏感元件将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，则可用应变片测量上述各量，而做成各种应变式传感器。应变片的测量原理二、应变片的类型1.金属丝式应变片（两种结构）a）回线式：横向效应较大b）短接式：克服了横向效应金属丝式应变片材料要求：灵敏系数高、电阻率高、稳定性好、温度系数小、机械强度高、抗氧化、耐腐蚀。2.金属箔式

7、应变片箔式应变片是在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制版或光刻技术，制成各种需要的形状。优点：1）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅；2）与被测件粘结面积大；3）散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；4）横向效应小；5）蠕变和机械滞后小，寿命长。缺点：电阻值的分散性大3.金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1微米以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，可在-197～317℃温度范围内工作。存在问

8、题：温度稳定性差三、金属应变片的主要特性和参数(一)灵敏系数应变片的电阻-应变特性与金属单丝(其灵敏系数近似为k0=1+2u)可能不同，需要通过实验对应变片的灵敏系数进行测定。通过实验发现，实际应变片的K值比单丝的K值要小，造成此现象原因是横向效应。试件材料泊松系数定义：(二)横向效应将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称为横向效应。定性