传感器的基础知识电阻式传感器ppt课件.ppt

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1、第三章传感器的基础知识——常用传感器的基本类型及其工作原理§3.1概述（一）与机械测量相比电测方法的优点1.易于实现集中检测、控制和远距离测量。2.适于测量动态测量过程。（如测量内燃机轴系的振动）3.能够连续测量、自动记录、自动控制和调节。4.测量的准确度和灵敏度高。5.除了得到测量参数，还可以进行计算、自动记录和存储等功能。（二）电测系统的组成传感器测量电路记录、显示或处理装置感受件中间件效用件一次仪表二次仪表（三）传感器的分类1.按被测物理量温度传感器压力传感器流速传感器流量传感器液位传感器转速传感器…2.按工作原

2、理磁电式（电动式、感应式）压电式热电式光电式霍尔效应式电阻式电感式电容式电涡流式振弦式能量型（发电型）传感器敏感元件受被测量影响能够输出相应的电量信号的变化结构型（参数型）传感器敏感元件的结构随被测量变化而引起相应的电量参数发生变化主要内容概述（概念与分类）(★)电阻式传感器工作原理及分类电位计式工作原理(★★★)电阻应变式工作原理及分类(★★★)热电阻式工作原理及分类(★★★)§3.2电阻式传感器（一）电阻的概念1826年德国物理学家欧姆提出了关于电路的实验定律——欧姆定律：在稳恒条件下，通过一段导体的电流强度与导体

3、两端的电压成正比，即I∝U，或写成I=U/R，式中的R称为导体的电阻。关于电阻大小和性质的两条实验定律：1.电阻定律R=ρl/S（匀质导体）ρ——电阻率l——导体长度S——导体横截面积2.电阻与温度在高温条件下成线性关系R=R0（1+αt）R0——0℃电阻α——温度系数（二）电阻传感器的分类§3.2电阻式传感器电位计式传感器（变阻器）电阻应变式传感器热电阻传感器气敏传感器湿敏传感器金属电阻应变式半导体应变式金属热敏电阻半导体热敏电阻§3.2.1电位计式传感器主要内容：1.工作原理2.应用及误差分析1.工作原理（电阻定律

4、1）当导体为匀质材料ρ确定，截面积S一定，则电阻值R为l的单值函数。2.应用旋转变阻器——角位移滑线变阻器——线位移Rab∝x§3.2.1变阻器传感器实际测量电路RL——测量仪表内阻§3.2.1变阻器传感器3.误差分析令R/RL=m又Rx/R=x即x=0时Rx=0x=1时Rx=R§3.2.1变阻器传感器根据欧姆定律结果§3.2.1变阻器传感器由以上结果可以得出结论：测量仪表上的输出电压（显示电压）UL和位移x只有在RL=∞时（m=0）,仪表上电压才和位移成线性关系。§3.2.1变阻器传感器当相对位移量x=1/2时，得到

5、最大相对误差可见当仪表内阻越大，相对误差越小。在实际测量电路中，RL不可能为无限大。只能取尽量大的阻值（高阻抗），使得m趋近于无限大，从而减小误差。§3.2.1变阻器传感器变阻器在汽车油箱油量测量中的简单应用不考虑R’求其仪表相对误差表达式§3.2.1变阻器传感器§3.2.2电阻应变式传感器基本概念基本概述工作原理：应变效应分析应变片结构分类及特性应变片的补偿方法一、基本概念应变物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象弹性应变当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变弹性元件具有弹性应变特性的物体§3.2.2电阻

6、应变式传感器二、应变式传感器概述是利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量§3.2.2电阻应变式传感器三、应变效应分析电阻应变片的工作原理是基于应变效应即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，

7、其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。§3.2.2电阻应变式传感器一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：金属电阻丝应变效应示意图§3.2.2电阻应变式传感器当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，从而引起电阻值变化量为式中：dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为电阻相对变化量：§3.2.2电阻应变式传感器dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，微分后可得dA=2πrdr，则材料力学：在弹性范围内，金属丝受拉力

8、时，沿轴向伸长，沿径向缩短，轴向应变和径向应变的关系可表示为μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示应变方向相反。§3.2.2电阻应变式传感器推得：定义：电阻丝的灵敏系数（物理意义）：单位应变所引起的电阻相对变化量。其表达式为§3.2.2电阻应变式传感器一是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，