电阻电容式位移学习教案

1、会计学1电阻电阻(dinz)电容式位移电容式位移第一页，共70页。测量测量(cling)(cling)位移常用的位移常用的传感器：传感器：测量位移常用测量位移常用(chn yn)(chn yn)方法：机械法、光方法：机械法、光测法、电测法。测法、电测法。 电测法：利用各种传感器将位移(wiy)量变换成电量或电参数，再经后接测量仪器进步变换，完成对位移(wiy)检测的一种方法。电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式等电式等第1页/共70页第二页，共70页。指机构指机构(jgu)(jgu)沿着某一条直线移动的距离。沿着某

2、一条直线移动的距离。线位移线位移(wiy)(wiy)的测量又称长度测量。的测量又称长度测量。测量线位移常用的传感器有测量线位移常用的传感器有电阻式、电感式、差动变压器式电阻式、电感式、差动变压器式以及感应同步器、磁尺、光栅、激光位移计以及感应同步器、磁尺、光栅、激光位移计等。等。第2页/共70页第三页，共70页。指机构指机构(jgu)(jgu)沿着某一定点转动的角度。沿着某一定点转动的角度。角位移的测量角位移的测量(cling)(cling)又称角度测量又称角度测量(cling)(cling)测量角位移常用的传感器有测量角位移常用的传感器有旋转变压器、码盘、编码器、圆形旋转变压器、码盘、编码器

3、、圆形感应同步器感应同步器等。等。第3页/共70页第四页，共70页。第4页/共70页第五页，共70页。l电阻电阻(dinz)式位移传感器的电阻式位移传感器的电阻(dinz)值取决于材值取决于材料的几何尺寸和物理特性。料的几何尺寸和物理特性。第一第一(dy)(dy)部分部分 电阻式位移传感器电阻式位移传感器 由上式可知，改变其中任意参数都可使电阻值发由上式可知，改变其中任意参数都可使电阻值发生变化。电位计（电位器）和应变片就是根据这生变化。电位计（电位器）和应变片就是根据这原理制成的。原理制成的。SLR 导体电阻率导体电阻率(m)(m)L L 导体长度导体长度(m)(m) S S 导体横截面积导

4、体横截面积(m2)(m2)第5页/共70页第六页，共70页。二、结构二、结构(jigu)与等效电路与等效电路第6页/共70页第七页，共70页。第7页/共70页第八页，共70页。2llRAr 设有一长度为设有一长度为l l、截面积为、截面积为A A、半径、半径(bnjng)(bnjng)为为r r、电阻率为、电阻率为的金属单丝，它的电阻值的金属单丝，它的电阻值R R 可表示为可表示为: : 当沿金属丝的长度当沿金属丝的长度(chngd)(chngd)方向作用均匀拉力（或压方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中力）时，上式中、r r、l l都将发生变化，从而导致电阻值都将发生变化，从而导致电阻值R

5、R发生变化。发生变化。一、应变片的工作原理一、应变片的工作原理第8页/共70页第九页，共70页。2llRAr例如例如, ,金属丝受拉时，金属丝受拉时，l l变长、变长、r r变小变小(bin xio)(bin xio)，导致，导致R R 变大变大 。又如，某些又如，某些(mu xi)(mu xi)半导体受拉时，半导体受拉时，将变大，导致将变大，导致R R变大。变大。第9页/共70页第十页，共70页。 2-1xRKRKK电阻电阻(dinz)(dinz)应变片的灵敏度应变片的灵敏度 对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，K K 略微不同，一般略微不同，一般(ybn)(ybn)为为2 2左右。而对

6、半导体材料而言，由于其感受到应变时左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率，电阻率 会产生很大的变化，所以半导体材料灵敏会产生很大的变化，所以半导体材料灵敏度比金属材料大几十倍。度比金属材料大几十倍。 第10页/共70页第十一页，共70页。 在材料力学中，在材料力学中，x =l/l称为电阻丝的轴向应称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变，是量纲为变，也称纵向应变，是量纲为1的数。的数。x通常很小通常很小，常用，常用10-6表示之。例如，当表示之。例如，当x为为0.000001时，在时，在工程中常表示为工程中常表示为110-6或或m/m。在应变测量中。在应变测量中，也常将之称为微应变，也

7、常将之称为微应变()。 对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于变最好不要大于110-3，即，即1000m/m，否则，否则(fuz)有可能超过材料的极限强度而导致断裂。有可能超过材料的极限强度而导致断裂。 第11页/共70页第十二页，共70页。 2-2RFKRAE第12页/共70页第十三页，共70页。金属金属(jnsh)应变片应变片 半导体应变半导体应变(yngbin)片片 金属丝式金属丝式 箔式箔式薄膜式薄膜式1 1、类型结构、类型结构第13页/共70页第十四页，共70页。lbl称应变片的标距或工作基长; b称应变片的 工作宽度(ku

8、nd)b*l称应变片的规格（1 1）金属丝式）金属丝式 金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变金属丝式应变片蠕变(r bin)较大，金属丝易脱胶，有较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。、应力的大批量、一次性试验。第14页/共70页第十五页，共70页。金属丝式应变金属丝式应变(yngbin)(yngbin)片的片的内部结构内部结构第15页/共70页第十六页，共70页。 （2 2）箔式）箔式 箔式应变片中的箔栅是金属箔

9、通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量(cling)时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。第16页/共70页第十七页，共70页。第17页/共70页第十八页，共70页。（3 3）薄膜式）薄膜式 真空蒸镀技术真空蒸镀技术(jsh)(jsh)制成，特点制成，特点同上。同上。第18页/共70页第十九页，共70页。 半导体应变片灵敏度高，横向效应小，但热稳定性差、电阻与应变间的非线性严重。使用(shyng)时，需进行非线性补偿。第19页/共70页第二十页，共70页。第20页/共70页第二十一页，共70页。

10、2 2、应变、应变(yngbin)(yngbin)片的片的粘贴粘贴第21页/共70页第二十二页，共70页。 。第22页/共70页第二十三页，共70页。第23页/共70页第二十四页，共70页。第24页/共70页第二十五页，共70页。第25页/共70页第二十六页，共70页。 金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。 例如例如(lr)(lr)，有一金属箔式应变片，标称阻值，有一金属箔式应变片，标称阻值R0R0为为100100，灵敏度，灵敏度K=2K=2，粘贴在横截面

11、积为，粘贴在横截面积为9.8mm29.8mm2的钢的钢质圆柱体上，钢的弹性模量质圆柱体上，钢的弹性模量E=2E=21011N/m21011N/m2，所受拉，所受拉力力F=0.2tF=0.2t，受拉后应变片的阻值，受拉后应变片的阻值R R 的变化量仅为的变化量仅为0.20.2，所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小的，所以必须使用不平衡电桥来测量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转换电路是如何将变化量。下面分析该桥式测量转换电路是如何将R R /R/R转换为输出电压转换为输出电压UoUo的。的。 第26页/共70页第二十七页，共70页。3i124o1234() 2-34RURRRURRRR电桥电

12、桥(din qio)(din qio)平平衡条件：衡条件： R1/R2=R4/R3 R1/R2=R4/R3 )(443210KUUi第27页/共70页第二十八页，共70页。第28页/共70页第二十九页，共70页。 R1 R1为应变片，其为应变片，其余余(qy)(qy)电阻为固电阻为固定电阻定电阻 第29页/共70页第三十页，共70页。第30页/共70页第三十一页，共70页。 全桥的四个桥臂都为全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试应变片，如果设法使试件受力后，应变片件受力后，应变片R1 R4产生的电阻增量（或产生的电阻增量（或感受到的应变感受到的应变14）正负号相间，就可以）正负号相间，就可以

13、使输出电压使输出电压(diny)Uo成倍地增大。成倍地增大。第31页/共70页第三十二页，共70页。 当环境温度升高时当环境温度升高时，桥臂上的应变，桥臂上的应变(yngbin)片温度同时片温度同时升高，温度引起的电升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；双全桥的温漂较小；双臂半桥也同样能克服臂半桥也同样能克服温漂。温漂。 第32页/共70页第三十三页，共70页。第33页/共70页第三十四页，共70页。接到应变仪上就可直接从应变仪上接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。读取被测试件的应变量。第34页/共70页第三十

14、五页，共70页。第35页/共70页第三十六页，共70页。FFFF第36页/共70页第三十七页，共70页。第37页/共70页第三十八页，共70页。第38页/共70页第三十九页，共70页。FF固定固定点点固定点固定点电缆(dinln)第39页/共70页第四十页，共70页。 荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形形(bin xng)(bin xng)：轴向变短，径向变长。：轴向变短，径向变长。 第40页/共70页第四十一页，共70页。R1R2 R4第41页/共70页第四十二页，共70页。FFFF第42页/共70页第四十三页，共70页。第43页/共70页第四十四

15、页，共70页。第44页/共70页第四十五页，共70页。汽车衡称重汽车衡称重(chn zhn)系统系统第45页/共70页第四十六页，共70页。ioommmFK UFUUFFFiomFUUK第46页/共70页第四十七页，共70页。荷重传感器应用荷重传感器应用(yngyng)(yngyng)估算估算 例例2-2 2-2 现用图现用图2-82-8所示的荷重传感器称重。当桥路电压为所示的荷重传感器称重。当桥路电压为6V6V时，测得时，测得桥路的输出电压为桥路的输出电压为24mV24mV，求被测荷重为多少吨。，求被测荷重为多少吨。 解：从图解：从图2-82-8所示的荷重传感器铭牌所示的荷重传感器铭牌(mn

16、gpi)(mngpi)上得到上得到F m=100F m=100103N103N，KF= 2mV/VKF= 2mV/V，根据根据(gnj)公式有：公式有：333O3Fi100 106 1012.5 10 N1.3t2 1024mF UFKU ioommmFK UFUUFFF第47页/共70页第四十八页，共70页。 汽车汽车(qch)(qch)在钢板上有少许的前、后、左、右在钢板上有少许的前、后、左、右偏位，是否会影响测量结果？为什么？偏位，是否会影响测量结果？为什么？ 第48页/共70页第四十九页，共70页。底座底座(dzu)垫块垫块电缆电缆构件构件第49页/共70页第五十页，共70页。磅秤磅秤

17、(bngchng)超市(cho sh)打印秤远距离显示(xinsh)第50页/共70页第五十一页，共70页。电子天平的精度(jn d)可达十万分之一第51页/共70页第五十二页，共70页。第52页/共70页第五十三页，共70页。第53页/共70页第五十四页，共70页。 用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器用电器(ji yn din q)等领域，准确控制紧固螺纹等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程的装配扭矩。量程2500N.m，耗电量，耗电量10mA，有单，有单位转换、峰值保持、自动断电等功能。位转换、峰值保持、自动断电等功能。第54

18、页/共70页第五十五页，共70页。第55页/共70页第五十六页，共70页。 利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变、蠕变(r bin)非常小，动态响应快。非常小，动态响应快。第56页/共70页第五十七页，共70页。低压低压(dy)进进气口气口第57页/共70页第五十八页，共70页。p p1 1进气管进气管p p2 2进气管进气管固态固态(gti)压力传压力传感器感器第58页/共70页第五十九页，共70页。p p1 1进气管进气管第59页/共70

19、页第六十页，共70页。绝对绝对(judu)压力传感器压力传感器(P2抽真抽真空空)第60页/共70页第六十一页，共70页。第61页/共70页第六十二页，共70页。应用应用(yngyng):(yngyng):投入式液投入式液位传感器位传感器安装(nzhung)高度h0处水的表压: p1=gh1 液位高度液位高度(god): h=h0+h1=h0+p1 /（g） 第62页/共70页第六十三页，共70页。 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：p1p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传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导压力而与