电阻式传感器

1、会计学1电阻式传感器电阻式传感器电位计式：电位计式：应变式：应变式：物理量变化物理量变化电阻变化电阻变化传感元件传感元件属于大电阻变化型，属于大电阻变化型，R：0R传传物理量变化物理量变化变形变形（应力、应变）（应力、应变）敏感元件敏感元件属于微电阻变化型，属于微电阻变化型，R：020%R传传传感元件传感元件电阻变化电阻变化电阻或电压的变化电阻或电压的变化一定函数关系一定函数关系变变阻阻器器式式变变压压器器式式按输出按输出- -输输入特性入特性线性电位计线性电位计非线性电位计非线性电位计按结构形式按结构形式线绕式线绕式在在传感器中应用较多传感器中应用较多薄膜式薄膜式具具有较高的精度和线性特性有

2、较高的精度和线性特性光电式光电式无无摩擦和磨损，分辨率高摩擦和磨损，分辨率高AlR以线位移型为例以线位移型为例： 若变阻器式若变阻器式： xSLxRRRx SR 电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量 若分压器式若分压器式： xSLxUUVc SV 电压灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电压的变化量电压灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电压的变化量 SR、SV均是常数均是常数 一般表达式：一般表达式： LLKrKrrY21cxLLUYURrRRKR 相对输出电压电刷的相对变化负载系数m的倒数RRKLL 当被测压力当被测压力p

3、增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。角位移。 接地接地位移位移 欧姆欧姆定律定律结构型结构型 控制型控制型 电阻或电阻或电压电压 金属电阻应变片金属电阻应变片半导体应变片半导体应变片根据欧姆定律：根据欧姆定律： SlRdRdSSRdLLRdRdSLdSSRdLSdRdLdLLdLSdSdSdSLdLRdR)1 (FlrrlFrdrLdLyx金属丝横向应变金属丝轴向应变LdLrdrrdrSdS2xxdRdR)21 ()21 (dRdRx)21 (xxsdRdRK)21 (令令Ks越大，越灵敏越

4、大，越灵敏 Ks 金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位变形时，电阻相金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。对变化的大小。 Ks只能靠实验求得，而只能靠实验求得，而 xRdRxsKRRxRRK电阻应变片的灵敏系数 一般一般 KKs，K是通过抽样测定的是通过抽样测定的 ，故称标称灵敏系数。，故称标称灵敏系数。 应变片的敏感栅或引线发生断路应变片的敏感栅或引线发生断路 应变片应变片输出指示应变的幅值变化输出指示应变的幅值变化10% 10% 应变片输出应变片输出信号波形上出现穗状尖峰。疲劳寿命反映了信号波形上出现穗状尖峰。疲劳寿命反映了应变片对动态应变测量的适应性应变片对动态

5、应变测量的适应性。 dRdRx)21 (xEd半导体应变片的灵敏系数半导体应变片的灵敏系数 ERdRKxB截距表示法截距表示法ozxytsr截距截距r、s、t 密勒指密勒指数数a、b、c 晶向晶向或或、晶面、晶面(a b c) 、晶面族、晶面族a b c a222coslaabc 222cosmba b c 222cosncabc0LLUIRRR0假设电源电压假设电源电压E=0，A，C两点短接与输出两点短接与输出端为开路时，端为开路时，B，D两点之间的电阻，即两点之间的电阻，即 341201234R RR RRRRRR得到电桥负载电阻为得到电桥负载电阻为RL时，其输出电流与电压一般表达式：时，

6、其输出电流与电压一般表达式： R1R2R4R3ACBEDIoRLUo13241234123434121324123412343412()()()()1()()()()LLLLRRR RIER RRRRRR RRR R RRRRR RUERRRRRR RRR R RRR当当R1R3=R2R4时，电桥处于平衡状时，电桥处于平衡状态。态。 URRRRRRRRU)(432132410电桥平衡条件为：电桥平衡条件为： R1R4=R2R3一般取一般取 R1= R2= R3= R4=R当当R RR 时，时，U0相应变化相应变化 11423011234()()()RR RR RUURRRRR413102141

7、13(1)(1)RRRRUURRRRRR桥臂比桥臂比n=R2/ R11021(1)RnUUnR2(1)unkUn11011(1)(1)RnRUURnnR非线性误差为非线性误差为电桥的非线性误差电桥的非线性误差11111ooLoRUURRUnR对于对称电桥，对于对称电桥，n1时时1111112212LRRRRRR假设假设 R1= R2= R3= R4 根据参与工作的根据参与工作的桥臂数桥臂数半桥半桥半桥单臂半桥单臂半桥双臂半桥双臂URRU410URRU210全桥全桥URRU0URRSU桥0R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4

8、RRU0022URRRR3411234RRIIRRRRR1+R1R2U0R3R4I1I2I1221234RRIIRRRR1221234RRIIRRRR01441(/4 )R RRUIIRRRR UZZZZZZZZU)(4321324103241ZZZZjZeZ )(32)(413241jjeZZeZZ3241ZZZZ3241Z1UoU(a)Z2Z3Z4R1R2R4R3oUC1C2U(b)1ttRtR2()tgsRktR测量原理演示测量原理演示32141等强度梁；2质量块；3壳体；4电阻应变敏感元体微压传感器电阻应变敏感元件传压杆感压膜hRLU1R2R4R0R1R3RtUoLRU22R1R4R0

9、RtR3RFFFFFF固定点固定点固定点固定点电缆FR1R2 R4FF磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示电子天平的精度电子天平的精度可达十万分之一可达十万分之一基于柱（筒）式结构的力传感器基于柱（筒）式结构的力传感器便携式便携式 可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程固螺纹的装配扭矩。量程2500N.m，耗电，耗电量量10mA，有公制，有公制/英制单位转换、峰值保英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。持、自动断电等功能。工作过程演示工作过程演示梁式力传感器

10、梁式力传感器低压进气口低压进气口绝对压力传感器绝对压力传感器p1进气管进气管 压阻式固态压力传感器用于投入式液位计压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。用硅油传导压力而与液体相通。 光柱光柱 显示器显示器 橡胶橡胶 背压管背压管 金属金属电阻电阻应变片应变片 应变应变 应变应变效应效应 物性型物性型 控制型控制型 电阻电阻 半导体半导体应变片应变片 应力应力 压阻压阻效应效应 物性型物性型 控制型控制型 电阻率电阻率 方案一方案一R1电阻变化有：拉力电阻变化有：拉力P及温度效应及温度效应 1

11、11111XTRRRRRR补偿片补偿片R2仅是温度效应仅是温度效应 2222TRRRR电桥输出电压电桥输出电压 1211212112()()44XTTRRRRREEURRRRR方案二方案二图图b R1与与R2垂直，电桥如垂直，电桥如c 温度变化引起的电阻变化率被抵消，得到温度变化引起的电阻变化率被抵消，得到电桥输出电压电桥输出电压 1111xTRRKRR2222()xTRRKRR1(1)4xUKEAlR以线位移型为例以线位移型为例： 若变阻器式若变阻器式： xSLxRRRx SR 电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量 若分压器式若分压器式： xSLxUUVc SV 电压灵敏度：