Part2电位器式和应变片式电阻传感器课件

第二章电阻式传感器

一类电阻式传感器：1.测电流：

在被测线路上直接串接一个相对很小的电阻（尽量不影响该线路上电流的大小），从电阻两端输出测量信号。例如，电缆厂高速小拉机上的……2.测电压：在被测电压两端并联大电阻（尽可能小地改变被测电压值），分压输出测量信号。例如，电子束焊机输出电压测量……§2-1电位计式传感器电位计式传感器分类将机械的线位移或角位移的变化

电阻或电压的变化一定函数关系变阻器式变压器式电位计式传感器的优、缺点：优点：结构简单、尺寸小、重量轻、精度高(0.1%0.05%)、性能稳定、受环境因素影响小，可实现输出-输入任意函数关系，输出信号较大，一般不用放大。缺点：存在滑动触头与线圈等之间的摩擦，输入能量要求较大，且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度。一、线绕电位计的结构

二、线绕电位计的工作原理

根据欧姆定律：

以线位移型为例：

若变阻器式：

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若分压器式：

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SR、SV均是常数三、线绕电位计的输出特性

阶梯特性和阶梯误差

阶梯特性

电位计输出电压随x的变化是不连续的，而是一条阶梯形的折线。阶梯误差

理论特性曲线通过每个阶梯中点的曲线。阶梯误差阶特梯形曲线围绕理论特性曲线上下波动产生的偏差。Rxx0对负载特性的讨论：

当时，特性曲线变成直线，它实为空载特性

当带有负载时，曲线下垂，负载越小，下垂越多，产生的负载误差越大。

设有显示器其输入为0～5V时，相应地显示0.00～5.00。若UC接入该显示器，且U=5V、RL=∞，则当x由0逐渐增大到L时，显示器随x的变化线性地显示0.00～5.00。（特性为一斜线）若RL≠∞，则为非线性，如上图所示。输出特性三负载误差

由于负载电阻不是无限大，而是可与电位计电阻值相比的有限值，造成负载特性为一下垂曲线，产生误差，也称非线性误差。电刷在起始和最终位置时，负载误差

eL=0电刷在相对行程X=1/2时，负载误差eL

max，且m，eL

电位计式加速度计电位计式加速度传感器1——惯性敏感质量；2——弹簧片；3——电阻元件；4——电刷；5——活塞阻尼器；6——壳体。总结原始输入量

变换原理

物理现象

能量关系

输出量

位移

欧姆定律结构型

控制型

电阻或电压

§2-2电阻应变式传感器工作原理及分类电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。

根据应变片的材料不同，可分为两种金属电阻应变片半导体应变片§2-2-1电阻应变片一、金属电阻应变片

金属的应变效应

根据欧姆定律：

结构和形式

种类电阻-应变特性令Ks越大，越灵敏Ks

金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。Ks只能靠实验求得，而一般K<Ks，K是通过抽样测定的，故称标称灵敏系数。§2-2-2测量电路测量过程力、压力应变变化电阻变化电压或电流的变化并显示和记录敏感元件应变片电阻应变仪按激励电压性质

直流电桥交流电桥

一、直流电桥

1、不平衡桥式

直流不平衡式电桥形式电桥平衡条件为：

R1R4=R2R3一般取

R1=R2=R3=R4=R当RRR时，U0相应变化半桥和全桥假设R1=R2=R3=R4

根据参与工作的桥臂数半桥半桥单臂半桥双臂全桥讨论电桥接法与电桥灵敏度的关系：

S半桥单臂：S半桥双臂：S全桥=1：2：4电桥联接的规律

电阻变化符号相反的联入相邻臂中电阻变化符号相同的联入相对臂中桥臂电阻数与输出之关系

单纯的增加桥臂电阻数不会增加输出，但可以起平均作用及消除干扰的作用。

2、平衡桥路原理H的读数桥臂电阻变化R

特点：电表G始终指零，与输入电压U无关，故测量误差仅取决于可变电位器的精度及刻线精度，而与电源无关，这种方法称为“零位法”。

二、交流电桥输出电压

平衡条件

设各臂阻抗为

Z—复阻抗的模

则

根据复数相等条件可得交流电桥平衡条件为

在测量前对电桥应分别进行电阻、电容平衡，即R1R4=R2R3

R1C1=R2C2

§2-2-3温度误差及其补偿一、温度误差敏感栅电阻随温度的变化引起的误差

试件材料的线膨胀引起的误差

二、温度补偿

自补偿法

1）单丝自补偿法2）组合式自补偿法

a.选用两者具有不同符号的电阻温度系数

b.两种串接的电阻丝具有相同符号的温度系数

2.线路补偿法

1）电桥补偿法

2）采用差动电桥补偿法3）热敏电阻补偿法

§2-2-4应变式传感器的应用

一、测结构的应变或应力二、与弹性元件结合构成各种应变式传感器典型应变式传感器a）位移传感器；b）加速度传感器；c）柱式测力传感器；d）扭矩传感器；e）筒式压力传感器应变式加速度传感器应变式加速度传感器1.惯性质量块；2.等强度梁；3.阻尼液；4.限位块；5.应变片；6.壳体应变式传感器实例

应变式压力传感器

应变式力传感器

三、压阻式压力传感器

四、压阻