电阻式传感器83326学习教案

1、会计学1电阻电阻(dinz)式传感器式传感器83326第一页，共86页。进行测量进行测量(cling)。(一般说来，一般说来，电阻式传感器结构简单，性能稳电阻式传感器结构简单，性能稳定，且灵敏度较高，有的还适合定，且灵敏度较高，有的还适合于动态测量于动态测量(cling)。第1页/共86页第二页，共86页。变阻器按材料分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器按结构(jigu)分第2页/共86页第三页，共86页。第3页/共86页第四页，共86页。1 2 3 132直线型直线型旋转型旋转型第4页/共86页第五页，共86页。第5页/共86页第六页，共8

2、6页。132xxp0 x 100%100%Output0负载效应负载效应 Ein EoutRxRLRp-Rx第6页/共86页第七页，共86页。第7页/共86页第八页，共86页。第8页/共86页第九页，共86页。第9页/共86页第十页，共86页。和湿度的影响，故精度不易做得和湿度的影响，故精度不易做得很高。很高。第10页/共86页第十一页，共86页。第11页/共86页第十二页，共86页。 传感技术传感技术(jsh)与信号处理与信号处理 第第2章章第12页/共86页第十三页，共86页。重量设定原材料2.2.案例案例(n l)(n l)： 重量的自动检测重量的自动检测-配配料设备料设备原理原理用弹簧

3、用弹簧(tnhung)(tnhung)将力转将力转换为位移换为位移; ;再用变阻器将位移再用变阻器将位移转换为电阻的变化转换为电阻的变化第13页/共86页第十四页，共86页。3.3.案例：煤气案例：煤气(miq)(miq)包储量检测包储量检测原理直接将代表(dibio)煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：特点：（1）测量量程大；）测量量程大；（2）防爆）防爆(fn bo)；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。第14页/共86页第十五页，共86页。4.4.案例案例(n l)(n l)：玩具机器人：玩具机器人原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化第15

4、页/共86页第十六页，共86页。 传感技术传感技术(jsh)与信号处理与信号处理 第第2章章第16页/共86页第十七页，共86页。阻抗太高，抗外界的电磁干扰能阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。千欧左右。第17页/共86页第十八页，共86页。第18页/共86页第十九页，共86页。出加在电阻的变化（通常是测量电出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变阻两端的电压），即可获得应变(yngbin)金属丝的应变金属丝的应变(yngbin)情况。情况。第19页/共86页第二十页，共86页。第20页/共86页第二十一页，共86页。

5、第21页/共86页第二十二页，共86页。第22页/共86页第二十三页，共86页。 由材料力学可知，由材料力学可知，x=F /（AE），所以），所以R /R又可表示为又可表示为 如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面积和试件的横截面积A以及以及(yj)弹性模量均为已知，则只要设法测出弹性模量均为已知，则只要设法测出R /R的数值，即可获知试件受力的大小，例如可的数值，即可获知试件受力的大小，例如可用于电子秤的称重。用于电子秤的称重。 第23页/共86页第二十四页，共86页。金属金属(jnsh)应变应变片实体片实体金属应变金属应变(yngbin)片有片有:丝式和丝式和箔式箔式优点优

6、点:稳定性和温度特性好稳定性和温度特性好.缺点缺点:灵敏度系数小灵敏度系数小.第24页/共86页第二十五页，共86页。表示表示:n式中，式中，x,y为纵向、横向压阻系数，为纵向、横向压阻系数，此系数与半导体材料种类及应力方向此系数与半导体材料种类及应力方向与各晶轴方向之间的夹角有关；与各晶轴方向之间的夹角有关；Fx，Fy为纵向、横向承受的应力。为纵向、横向承受的应力。n优点：应变灵敏度大优点：应变灵敏度大;体积小体积小;能制成具有一定应变电阻的元件能制成具有一定应变电阻的元件.缺点缺点(qudin)：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 第25页/共86页

7、第二十六页，共86页。第26页/共86页第二十七页，共86页。第27页/共86页第二十八页，共86页。第28页/共86页第二十九页，共86页。第29页/共86页第三十页，共86页。电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥。 传感技术传感技术(jsh)与信号处理与信号处理 第第2章章第30页/共86页第三十一页，共86页。上两式这说明要使电桥平衡上两式这说明要使电桥平衡(pnghng)，其相邻两臂电阻的比值应相等或，其相邻两臂电阻的比值应相等或相对两臂电阻的乘积相等。相对两臂电阻的乘积相等。 当电桥当电桥(din qio)平衡时，平衡时，Uo=0，则有，则有 R1R4=R2R3或或 第31页/共86

8、页第三十二页，共86页。 2.直流电桥电压灵敏度 R1为电阻应变片，R2#, R3#, R4为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。应变片工作时, 其电阻值变化(binhu)很小, 电桥相应输出电压也很小, 一般需要加入放大器放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多, 所以此时仍视电桥为开路情况。 当产生应变时, 若应变片电阻变化(binhu)为R, 其它桥臂固定不变, 电桥输出电压Uo0, 则电桥不平衡输出电压为 第32页/共86页第三十三页，共86页。 设桥臂比n=R2/R1，由于R1R1，分母中R1/R1可忽略(hl)， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则上式可写为 电桥电压

9、电桥电压(diny)灵敏度定义为灵敏度定义为 第33页/共86页第三十四页，共86页。 从灵敏度定义分析发现： 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 当E值确定(qudng)后，n取何值时才能使KU最高。 第34页/共86页第三十五页，共86页。 由由dKU/dn = 0求求KU的最大值，得的最大值，得 求得求得n=1时，时，KU为最大值。这就是说，在供桥电压确定为最大值。这就是说，在供桥电压确定(qudn

10、g)后，当后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有时，电桥电压灵敏度最高，此时有 从上述可知，当电源电压从上述可知，当电源电压(diny)E和电阻相对变化量和电阻相对变化量R1/R1一定时，一定时， 电桥的输出电压电桥的输出电压(diny)及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。小无关。 第35页/共86页第三十六页，共86页。第36页/共86页第三十七页，共86页。 对于一般应变片来说，所受应变对于一般应变片来说，所受应变通常在通常在5000以下，若取以下，若取KU=2，则，则R1/R1=KU=0.01，代入式（，代入式（2.

11、4-3）计算得非线性误差为）计算得非线性误差为0.5%；若；若KU=130，=1000时，时，R1/R1=0.130，则得到非线性误差为，则得到非线性误差为6%，故当非，故当非线性误差不能满足测量要求时，必须线性误差不能满足测量要求时，必须(bx)予以消除。予以消除。 第37页/共86页第三十八页，共86页。 为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥如图所示， 在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变， 接入电桥相邻桥臂，称为(chn wi)半桥差动电路， 如图 所示。 该电桥输出电压为 若R1=R2，R1=R2，R3=R4，则得 由式上式可知，由式上式可知，Uo与与R1/R1成

12、线性关系，差动电桥无非线性误差，而成线性关系，差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿偿(bchng)作用。作用。(为何具有温度补偿为何具有温度补偿(bchng)作用？作用？) 第38页/共86页第三十九页，共86页。 若将电桥四臂接入四片应变片，如图所示，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同(xin tn)的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。若R1=R2=R3=R4，且R1=R2=R3=R4，则 此时全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且(r qi)电压灵敏度为单片工作时的4倍

13、，同时仍具有温度补偿作用。 第39页/共86页第四十页，共86页。 根据直流电桥分析可知，由于应变电桥输出电压很小，一根据直流电桥分析可知，由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。多采用交流电桥。 上图为半桥差动交流电桥的一般形式，上图为半桥差动交流电桥的一般形式，U为交流电压源，为交流电压源， 由于由于供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复供桥电源为交流电源，引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性，即相当于两只应变片各并联了一个电容，则每一桥阻抗特性，即相当于两

14、只应变片各并联了一个电容，则每一桥臂上复阻抗分别为臂上复阻抗分别为 U第40页/共86页第四十一页，共86页。 式中式中, C1、C2表示表示(biosh)应变片引线分布电容。应变片引线分布电容。 第41页/共86页第四十二页，共86页。 由交流电路分析(fnx)可得 要满足要满足(mnz)电桥平衡条件，即电桥平衡条件，即Uo=0，则有，则有 Z1Z4=Z2Z3 2.4-5式取取Z1=Z2=Z3=Z4，将式（，将式（2.4-4）代入式（）代入式（2.4-5），可得），可得 第42页/共86页第四十三页，共86页。 整理(zhngl)式（2.4-6）其实部、虚部分别相等其实部、虚部分别相等(xi

15、ngdng)，并整理可得交流电桥的平衡条件为，并整理可得交流电桥的平衡条件为 及 当被测应力变化引起当被测应力变化引起Z1=Z0+Z, Z2=Z0-Z变化时，则电桥变化时，则电桥(din qio)输出为输出为 第43页/共86页第四十四页，共86页。 第44页/共86页第四十五页，共86页。 第45页/共86页第四十六页，共86页。 第46页/共86页第四十七页，共86页。 第47页/共86页第四十八页，共86页。 第48页/共86页第四十九页，共86页。 传感技术传感技术(jsh)与信号处理与信号处理 第第2章章第49页/共86页第五十页，共86页。 第50页/共86页第五十一页，共86页。

16、 第51页/共86页第五十二页，共86页。 第52页/共86页第五十三页，共86页。 第53页/共86页第五十四页，共86页。 第54页/共86页第五十五页，共86页。 第55页/共86页第五十六页，共86页。 FF固定点固定点固定点固定点电缆(dinln)第56页/共86页第五十七页，共86页。 第57页/共86页第五十八页，共86页。 第58页/共86页第五十九页，共86页。 第59页/共86页第六十页，共86页。 第60页/共86页第六十一页，共86页。 第61页/共86页第六十二页，共86页。 第62页/共86页第六十三页，共86页。 FR1R2 R4第63页/共86页第六十四页，共8

17、6页。 FFFF第64页/共86页第六十五页，共86页。 CYB-601拉式称重拉式称重(chn zhn)传感器传感器 CYB-603轮辐轮辐(lnf)式称重式称重传感器传感器 第65页/共86页第六十六页，共86页。 第66页/共86页第六十七页，共86页。 第67页/共86页第六十八页，共86页。 第68页/共86页第六十九页，共86页。 第69页/共86页第七十页，共86页。 第70页/共86页第七十一页，共86页。第71页/共86页第七十二页，共86页。第72页/共86页第七十三页，共86页。第73页/共86页第七十四页，共86页。 第74页/共86页第七十五页，共86页。 第75页/

18、共86页第七十六页，共86页。 磅秤磅秤(bngchng)超市超市(cho sh)打印秤打印秤远距离远距离显示显示(xinsh)7).其它应用其它应用第76页/共86页第七十七页，共86页。 电子天平的精度电子天平的精度(jn d)可达十可达十万分之一万分之一第77页/共86页第七十八页，共86页。 第78页/共86页第七十九页，共86页。 便携式便携式 传感技术传感技术(jsh)与信号处理与信号处理 第第2章章第79页/共86页第八十页，共86页。 可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程装配扭矩。量程2500N.m，耗电量，耗电量