Part2電位器式和應(yīng)變片式電阻傳感器課件

第二章電阻式傳感器

一類電阻式傳感器：1.測電流：

在被測線路上直接串接一個相對很小的電阻（盡量不影響該線路上電流的大小），從電阻兩端輸出測量信號。例如，電纜廠高速小拉機上的……2.測電壓：在被測電壓兩端并聯(lián)大電阻（盡可能小地改變被測電壓值），分壓輸出測量信號。例如，電子束焊機輸出電壓測量……§2-1電位計式傳感器電位計式傳感器分類將機械的線位移或角位移的變化

電阻或電壓的變化一定函數(shù)關(guān)系變阻器式變壓器式電位計式傳感器的優(yōu)、缺點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、精度高(0.1%0.05%)、性能穩(wěn)定、受環(huán)境因素影響小，可實現(xiàn)輸出-輸入任意函數(shù)關(guān)系，輸出信號較大，一般不用放大。缺點：存在滑動觸頭與線圈等之間的摩擦，輸入能量要求較大，且磨損降低壽命和可靠性，也會降低測量精度。一、線繞電位計的結(jié)構(gòu)

二、線繞電位計的工作原理

根據(jù)歐姆定律：

以線位移型為例：

若變阻器式：

SR

電阻靈敏度：表示電刷單位位移能引起的輸出電阻的變化量若分壓器式：

SV

電壓靈敏度：表示電刷單位位移能引起的輸出電壓的變化量SR、SV均是常數(shù)三、線繞電位計的輸出特性

階梯特性和階梯誤差

階梯特性

電位計輸出電壓隨x的變化是不連續(xù)的，而是一條階梯形的折線。階梯誤差

理論特性曲線通過每個階梯中點的曲線。階梯誤差階特梯形曲線圍繞理論特性曲線上下波動產(chǎn)生的偏差。Rxx0對負(fù)載特性的討論：

當(dāng)時，特性曲線變成直線，它實為空載特性

當(dāng)帶有負(fù)載時，曲線下垂，負(fù)載越小，下垂越多，產(chǎn)生的負(fù)載誤差越大。

設(shè)有顯示器其輸入為0～5V時，相應(yīng)地顯示0.00～5.00。若UC接入該顯示器，且U=5V、RL=∞，則當(dāng)x由0逐漸增大到L時，顯示器隨x的變化線性地顯示0.00～5.00。（特性為一斜線）若RL≠∞，則為非線性，如上圖所示。輸出特性三負(fù)載誤差

由于負(fù)載電阻不是無限大，而是可與電位計電阻值相比的有限值，造成負(fù)載特性為一下垂曲線，產(chǎn)生誤差，也稱非線性誤差。電刷在起始和最終位置時，負(fù)載誤差

eL=0電刷在相對行程X=1/2時，負(fù)載誤差eL

max，且m，eL

電位計式加速度計電位計式加速度傳感器1——慣性敏感質(zhì)量；2——彈簧片；3——電阻元件；4——電刷；5——活塞阻尼器；6——殼體?？偨Y(jié)原始輸入量

變換原理

物理現(xiàn)象

能量關(guān)系

輸出量

位移

歐姆定律結(jié)構(gòu)型

控制型

電阻或電壓

§2-2電阻應(yīng)變式傳感器工作原理及分類電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，使物理量的變化變成應(yīng)變片的應(yīng)力、應(yīng)變變化，從而變成電阻值變化。

根據(jù)應(yīng)變片的材料不同，可分為兩種金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片§2-2-1電阻應(yīng)變片一、金屬電阻應(yīng)變片

金屬的應(yīng)變效應(yīng)

根據(jù)歐姆定律：

結(jié)構(gòu)和形式

種類電阻-應(yīng)變特性令Ks越大，越靈敏Ks

金屬絲的靈敏系數(shù)：表示金屬絲產(chǎn)生單位變形時，電阻相對變化的大小。Ks只能靠實驗求得，而一般K<Ks，K是通過抽樣測定的，故稱標(biāo)稱靈敏系數(shù)。§2-2-2測量電路測量過程力、壓力應(yīng)變變化電阻變化電壓或電流的變化并顯示和記錄敏感元件應(yīng)變片電阻應(yīng)變儀按激勵電壓性質(zhì)

直流電橋交流電橋

一、直流電橋

1、不平衡橋式

直流不平衡式電橋形式電橋平衡條件為：

R1R4=R2R3一般取

R1=R2=R3=R4=R當(dāng)RRR時，U0相應(yīng)變化半橋和全橋假設(shè)R1=R2=R3=R4

根據(jù)參與工作的橋臂數(shù)半橋半橋單臂半橋雙臂全橋討論電橋接法與電橋靈敏度的關(guān)系：

S半橋單臂：S半橋雙臂：S全橋=1：2：4電橋聯(lián)接的規(guī)律

電阻變化符號相反的聯(lián)入相鄰臂中電阻變化符號相同的聯(lián)入相對臂中橋臂電阻數(shù)與輸出之關(guān)系

單純的增加橋臂電阻數(shù)不會增加輸出，但可以起平均作用及消除干擾的作用。

2、平衡橋路原理H的讀數(shù)橋臂電阻變化R

特點：電表G始終指零，與輸入電壓U無關(guān)，故測量誤差僅取決于可變電位器的精度及刻線精度，而與電源無關(guān)，這種方法稱為“零位法”。

二、交流電橋輸出電壓

平衡條件

設(shè)各臂阻抗為

Z—復(fù)阻抗的模

則

根據(jù)復(fù)數(shù)相等條件可得交流電橋平衡條件為

在測量前對電橋應(yīng)分別進行電阻、電容平衡，即R1R4=R2R3

R1C1=R2C2

§2-2-3溫度誤差及其補償一、溫度誤差敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差

試件材料的線膨脹引起的誤差

二、溫度補償

自補償法

1）單絲自補償法2）組合式自補償法

a.選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)

b.兩種串接的電阻絲具有相同符號的溫度系數(shù)

2.線路補償法

1）電橋補償法

2）采用差動電橋補償法3）熱敏電阻補償法

§2-2-4應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

一、測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力二、與彈性元件結(jié)合構(gòu)成各種應(yīng)變式傳感器典型應(yīng)變式傳感器a）位移傳感器；b）加速度傳感器；c）柱式測力傳感器；d）扭矩傳感器；e）筒式壓力傳感器應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器1.慣性質(zhì)量塊；2.等強度梁；3.阻尼液；4.限位塊；5.應(yīng)變片；6.殼體應(yīng)變式傳感器實例

應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變式力傳感器

三、壓阻式壓力傳感器

四、壓阻