电阻应变式传感器ppt课件

1、第二章 电阻式传感器 电阻式传感器是将非电量（如力、位移、形变、速度和加速度等）的变化量，变换成与之有一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的。 电阻式传感器主要分为两大类：电位计（器）式电阻传感器以及应变式电阻传感器。2.1 电位器式电阻传感器一、线绕式电位器传感器一、线绕式电位器传感器1.线绕电位器结构和工作原理线绕电位器结构和工作原理xSLxUUxSLxRRLRxRRRUUVioRxxxi ,0单位长度的电压。单位长度的电压。电压灵敏度电压灵敏度单位长度的电阻；单位长度的电阻；电阻灵敏度电阻灵敏度,LUSLRSiVR 当不接入负载RL时当接入负载RL时20)(

2、xxLLxiLxLxxLxLxixLxLRRRRRRRURRRRRRRRRRURRRRIU 2.1 电位器式电阻传感器电电位位计计相相对对输输出出电电压压。电电刷刷的的相相对对行行程程；电电位位器器负负载载系系数数的的倒倒数数电电阻阻的的相相对对变变化化；用用诸诸相相对对量量代代入入得得设设YXKrKrKrrKXKXXYUUYLxXRRKRRrRLLLLRLRRiRLLx22011, 2.1 电位器式电阻传感器当负载电阻RL0时，Y与r为非线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为非线性。负载RL时，Yr，U0与x才满足线性关系，通常RL10， U0与x近似满足线性关系！2.1 电位器式电阻传

3、感器2.线绕电位器式传感器的阶梯特性、误差和分辨率线绕电位器式传感器的阶梯特性、误差和分辨率（1）阶梯特性）阶梯特性nnmUmnUmnUUnUUnr111100002.1 电位器式电阻传感器%1001%100/%1001%100/)2(00 nLnLRnUnURee行程分辨率：行程分辨率：电压分辨率：电压分辨率：电压分辨率电压分辨率2.1 电位器式电阻传感器%10021%10021.300 nUnUei阶阶梯梯误误差差2.1 电位器式电阻传感器 sin22121sin200iiUUDLUUDL 3.非线性线绕电位器结构非线性线绕电位器结构L2.1 电位器式电阻传感器二、非线绕式电位器二、非线绕

4、式电位器1.膜式电位器膜式电位器 膜式电位器通常有两种：一膜式电位器通常有两种：一种是种是碳膜电位器碳膜电位器，另一种为，另一种为金属膜电位器金属膜电位器。 碳膜电位器碳膜电位器的的优点：优点：分辨率高、耐磨性较分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度较好；好、工艺简单、成本较低、线性度较好；缺点：缺点：接触电阻大、噪声大接触电阻大、噪声大 金属膜电位器金属膜电位器的的优点：优点：温度系数小，可在温度系数小，可在高温下工作；高温下工作；缺点：缺点：耐磨耐磨 性差、功率小、阻性差、功率小、阻值不高（值不高（12k）。）。2.1 电位器式电阻传感器2.1 电位器式电阻传感器2.导电塑料电位

5、器导电塑料电位器 优点：优点：耐磨性较好、寿命较长、点刷耐磨性较好、寿命较长、点刷允许的接触压力较大（几十至几百克），允许的接触压力较大（几十至几百克），适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，阻值范围大，能承受较大的功率；阻值范围大，能承受较大的功率； 缺点：缺点：受温度影响较大、接触电阻大、受温度影响较大、接触电阻大、精度不高。精度不高。3.光电电位器光电电位器 缺点：缺点：结构较复杂，工作温度的范围比较窄（结构较复杂，工作温度的范围比较窄（150），输出电流小，输出阻抗较高。），输出电流小，输出阻抗较高。2.1 电位器式电阻传感器 优点：优点：耐磨性耐磨性好，

6、精度、分辨率好，精度、分辨率高，寿命、可靠性高，寿命、可靠性好，阻值范围宽好，阻值范围宽（50015M）等；等；2.2 应变式电阻传感器一、应变效应一、应变效应 应变效应：应变效应：因形变而使其阻值发生变化因形变而使其阻值发生变化的现象称为的现象称为应变应变。试试件件的的应应变变；试试件件材材料料的的弹弹性性模模量量试试件件的的应应力力；应应变变片片测测量量原原理理：或或于于是是：表表示示灵灵敏敏系系数数表表示示应应变变，用用通通常常用用 )/(/dd2mmkgEERRKKRRKxSxS二、电阻应变片的结构和工作原理二、电阻应变片的结构和工作原理1.基本结构基本结构2.2 应变式电阻传感器2.

7、灵敏系数灵敏系数 一根导线的电阻为:ALRALRlnlnlnln 应变。应变。为金属丝径向（横向）为金属丝径向（横向）应变，应变，为金属的轴向（纵向）为金属的轴向（纵向）令令rrLLrrrrrAAAALLRRyxdd)142(d2d2d)132(dddd2 金属材料的泊松系数金属材料的泊松系数 )152( xyxxxRRRR /d)21 (/dd)21 (d)132()152()142( 或或得得到到：代代入入、 电电阻阻率率变变化化的的影影响响尺尺寸寸变变化化的的影影响响灵灵敏敏度度系系数数：xxSRRK /d)21(/d 2.2 应变式电阻传感器三、电阻应变片的种类三、电阻应变片的种类1.

8、金属电阻金属电阻应变片应变片 金属电阻应变片厚度一般在金属电阻应变片厚度一般在0.0030.0030.010mm0.010mm。优点是表。优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于大批量生产。现已基本取代可制成各种需要的形状，便于大批量生产。现已基本取代丝式应变片。丝式应变片。2.2 应变式电阻传感器2.半导体应变片半导体应变片实验证明：对半导实验证明：对半导体而言体而言,E比比1+2大大近百倍，所以近百倍，所以可忽可忽略略1+21+2xERR )21( ERRKxS 2.2 应变式电阻传感器半导体

9、应变片最突出的半导体应变片最突出的 优点优点是体积小，灵敏度高，频是体积小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单；连接使用，使测量系统简单； 缺点缺点温度系数大，应变时非线温度系数大，应变时非线性比较严重。性比较严重。2.2 应变式电阻传感器 型 号 TYPE TIPO 精度等级 PRECISI0N GRADE 电 阻 GAGE RESISTANCE 栅长x栅宽 FENCE LONG mm 灵敏系数 GAGE FACTOR 热输出 THERMAl 0UT PUT mm -1 批 号

10、THE BATCH NUMBER 数 量 QUANTITY QUANTITE 出厂日期 DATE 0F MANUF 检验员 INSPECTOR 序 号 ORDINAL NUMBER产品标准号 GB/T 13992-92补充 应变片产品说明与使用 应变计使用说明应变计使用说明 ( (浙江黄岩测试仪器厂）浙江黄岩测试仪器厂） 1、应变计的类型选择 传感器和高精度测量需要长期的测量用片，一般应力分析可选用BX系列应变计； 混凝及建筑构件测试可选用SZ系列应变计；混凝内应力，测量请用HNB一1 内埋应变计。补充 应变片产品说明与使用2、粘结剂的选择 传感器及长期测试请用高温固化粘结刑(PA一48、黄岩

11、1号、XF一1胶)。周期较短测试及纸基应变计贴片可用5 0 2快干胶。3、弹性体与试件贴片面的打磨 一般钢件与铝件可选用220*320*粒度砂纸打磨，达到贴片面平整无氧化层与杂质，要使砂纸磨痕与应变计工作栅呈45交叉形。对于铸铁与混凝土可用锉刀或砂轮打磨。补充 应变片产品说明与使用4、贴片部位的清洗 可用棉球蘸丙酮或无水乙醇，以单方向擦净油污、杂质、灰尘。5、划贴片定位标记 可用4H铅笔或无油圆珠笔划出贴片定位线。 注意：定位线不要通过应变计工作栅区域。补充 应变片产品说明与使用6、贴片 该道工序最好在净化室内，湿度不超过65、室外工作，注意防尘、防湿。 用棉球蘸无水乙醇或丙酮单方向擦净贴片部

12、位及应变计正反二面，擦净后立即用纸罩或玻璃罩罩住防尘（擦净后严禁手指接触）。 用狼毫笔或玻璃棒将贴片胶薄而均匀地涂布在粘贴面上。 将应变计对准贴片定位线粘于试件。 在应变计上覆苯聚四氟乙稀薄膜，用手指顺应变计轴线方向滚压挤出多余胶液。 检查贴片准确度。 以上各点应在短时间内完成，以防灰尘、水汽进入。施加相应的压力，加温固化或稳定化处理。补充 应变片产品说明与使用7、固化 应变计上覆聚四氟乙稀薄膜再压上硅橡胶板，根据粘接胶性能要求。8、贴片质量检查（1）外观检查：贴片位置有否偏离、应变片有否变形、胶层有否杂质与气泡；（ 2）电阻测量 ；（ 3）绝缘电阻测量。补充 应变片产品说明与使用9、引出线焊

13、接 未焊有引出线应变计，可用硬质橡皮在应变计焊点处擦去残留胶液及氧化物，用丙酮擦净，以2 0W电烙铁快速焊上引出线。已有引出线应变计，在靠近应变计焊点处，粘上接线端子，可将应变计引出线与接线端子焊接。再将导线焊于接线端子上。10、 清理多余胶液，残余焊剂、污物。11、应变计防护一般可采用7O3、704硅橡胶密封。传感器长期可靠防护应选用其它性能优良，中性的防护胶。补充 应变片产品说明与使用四、电阻应变片的四、电阻应变片的测量电路测量电路1.直流电桥直流电桥2.2 应变式电阻传感器（1）平衡条件）平衡条件 当不加负载时当不加负载时,即即RL时，时，电桥的输出电压电桥的输出电压U0应为：应为：称为

14、桥臂比称为桥臂比，得电桥平衡条件：，得电桥平衡条件：令令34123241043321100RRRRnRRRRURRRRRREU （2）电压灵敏度）电压灵敏度 放大器的输入阻抗可以比桥路输出电阻高得多，所以此时仍视电放大器的输入阻抗可以比桥路输出电阻高得多，所以此时仍视电桥为开路情况。桥为开路情况。 11211211111103412,341211113443211414332111101)1(1()1(11)1(/1/1/RRnnERnRnnRRERRnRRnnEURRRRnERRRRRRRRRRRRRRRERRRRRRRRRREU 2.2 应变式电阻传感器 21111111111032111

15、111110211022141)2/1(41111Taylor)21(411)/1(10,1/1RRRRRRERRnRREUxxxxRRnRRERRnRRnnEUnnSnnERRUSRR展开：展开：利用利用此时：此时：，可得最高灵敏度。，可得最高灵敏度。令：令：2.2 应变式电阻传感器（3）非线性误差及其补偿的方法）非线性误差及其补偿的方法绝对非线性误差：绝对非线性误差：实际的非线性特性曲线与理想的线性曲线的偏差。1111111111112121100000221211/11111RRRRRRRRnRRRRRRRRUUUUUn 减小或减小或消除非线性消除非线性误差的方法：误差的方法：提高桥臂提

16、高桥臂比比n(但降低但降低灵敏度灵敏度)2.2 应变式电阻传感器 采用差动电桥采用差动电桥2.2 应变式电阻传感器 1/1/1/2341234121134432132414332211110RRRRnRRRRERRRRERRRRRRRRRRRRRRRRREU0半桥差动11021RREU半桥差动电半桥差动电路没有非线路没有非线性误差性误差,即即 )21(411)1(111111110RRnRRERRnRRnnEU 与单臂电桥比较2.2 应变式电阻传感器第二节 应变式电阻传感器全桥差动电路没有全桥差动电路没有非线性误差，即：非线性误差，即：0 全全桥桥差差动动 110RREU 同理,对全桥差动电路

17、：第二节 应变式电阻传感器采用高内阻的恒流源采用高内阻的恒流源电桥电桥RRRIIRRRRU4114140 （2）交流电桥的调平方法）交流电桥的调平方法交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整的方法交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整的方法实现。实现。 电阻调平法电阻调平法 电容调平法电容调平法（i）串联电阻法（）串联电阻法（a） （i）差动电容法（）差动电容法（c）（ii）并联电阻法（）并联电阻法（b） （ii）阻容调平法（）阻容调平法（d）第二节 应变式电阻传感器233214413241324133224411)()()1(. 2xrxrxrxrxxxxrrrrjxrjxrjxrjxr 交交流流

18、电电桥桥平平衡衡条条件件交交流流电电桥桥第二节 应变式电阻传感器第二节 应变式电阻传感器第二节 应变式电阻传感器（3）交流电桥不平衡状态）交流电桥不平衡状态输出电压为输出电压为11041ZZUUAC 差动交流电桥差动交流电桥（半桥差动电路）（半桥差动电路）11021ZZUUAC 单臂交流电桥单臂交流电桥双差动交流电桥双差动交流电桥（全桥差动电路）（全桥差动电路）110ZZUUAC 第三节 电阻式传感器应用举例一、电阻应变仪一、电阻应变仪1.静态电阻应变仪；静态电阻应变仪；2.静动态电阻应变仪；静动态电阻应变仪；3.动态电动态电阻应变仪；阻应变仪；4.超动态电阻应变仪；超动态电阻应变仪；5.遥测

19、应变仪遥测应变仪交流电交流电桥电阻桥电阻应变仪：应变仪： 2cos412cos41coscos21coscoscos1000100101100010010110112112 tVVtVVtVVtVttVuHzHzHz 高频高频高频高频低频低频积化和差积化和差第三节 电阻式传感器应用举例tVVu coscos2101 通过低通滤波器滤除高频信号可得：第三节 电阻式传感器应用举例二、电位器式压力传感器二、电位器式压力传感器第三节 电阻式传感器应用举例三、电阻应变片在轧制力检测中的应用三、电阻应变片在轧制力检测中的应用第三节 电阻式传感器应用举例四、应变传感器在衡器中四、应变传感器在衡器中(电子秤电子秤)的应用的应用第三节 电阻式传感器应用举例（a）图。传感器弹性体为双弯曲梁