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(gè)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(jī)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(jī)輸出電壓測量……§2-1電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器分類將機(jī)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(jì)式傳感器的優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(diǎn)：存在滑動(dòng)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(huì)降低測量精度。一、線繞電位計(jì)的結(jié)構(gòu)

二、線繞電位計(jì)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(jì)的輸出特性

階梯特性和階梯誤差

階梯特性

電位計(jì)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(gè)階梯中點(diǎn)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(dòng)產(chǎn)生的偏差。Rxx0對負(fù)載特性的討論：

當(dāng)時(shí)，特性曲線變成直線，它實(shí)為空載特性

當(dāng)帶有負(fù)載時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jì)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(shí)，負(fù)載誤差

eL=0電刷在相對行程X=1/2時(shí)，負(fù)載誤差eL

max，且m，eL

電位計(jì)式加速度計(jì)電位計(jì)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——?dú)んw?？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(shí)，電阻相對變化的大小。Ks只能靠實(shí)驗(yàn)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(lì)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(shí)，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(huì)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(diǎn)：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(jìn)行電阻、電容平衡，即R1R4=R2R3

R1C1=R2C2

§2-2-3溫度誤差及其補(bǔ)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(bǔ)償

自補(bǔ)償法

1）單絲自補(bǔ)償法2）組合式自補(bǔ)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(bǔ)償法

1）電橋補(bǔ)償法

2）采用差動(dòng)電橋補(bǔ)償法3）熱敏電阻補(bǔ)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(qiáng)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(shí)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