检测技术ppt.pptVIP

第2章 电阻式传感器 2.2 电位器式传感器 电位式传感器可以测量位移、压力、加速度、容量、高度等多种物理量。 电位器可分为线性电位器和非线性电位器。 2.2.1 线性电位器 线性电位器由绕于骨架上的电阻丝线圈和沿电位器滑动的滑臂，以及安装在滑臂上的电刷组成。线绕电位器传感元件有直线式、旋转式或两者相结合的形式。线性线绕电位器骨架的截面处处相等，由材料和截面均匀的电阻丝等节距绕制而成。 线绕电位器的阶梯特性如图2.16所示。 对理想阶梯特性的线绕电位器，在电刷行程内，电位器输出电压阶梯的最大值与最大输出电压之比的百分数，称为电位器的电压分辨率，其公式为 线性电位器误差的大小可由下式计算： 由图2.18可见，无论m为何值，X=0和X=1，即电刷分别在起始位置和最终位置时，负载误差都为0；当X=1/2时，负载误差最大，且增大负载系数时，负载误差也随之增加。 2.2.2 非线性电位器 非线性电位器是指在空载时其输出电压（或电阻）与电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器，也称函数电位器。它可以实现指数函数、对数函数、三角函数及其他任意函数，因此可满足控制系统的特殊要求，也可满足传感、检测系统最终获得线性输出的要求。常用的非线性线绕电位器有变骨架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。 2.2.3 电位器式传感器应用 1．位移传感器 电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几十米的位移和几度到360°的角度。 电位器传感器结构简单，价格低廉，性能稳定，能承受恶劣环境条件，输出功率大，一般不需要对输出信号放大就可以直接驱动伺服元件和显示仪表。 2．电位器式压力传感器 电位器式压力传感器由弹簧管和电位器组成。 电位器被固定在壳体上，电刷与弹簧管的传动机构相连。当被测压力p变化时，弹簧管的自由端产生位移，带动指针偏转，同时带动电刷在线绕电位器上滑动，就能输出与被测压力成正比的电压信号。 2.3 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数，是目前应用最广泛的传感器之一。 电阻受力为何阻值发生了变化？力和阻值有关系吗？ 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。这种内力称为应力。材料在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。 物体产生应力时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量，简称应变。 在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。 2.3.2 电阻的应变效应 金属的电阻应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。 当金属丝受拉时，其长度伸长dl，横截面将相应减小dS，电阻率也将改变dr，这些量的变化，必然引起金属丝电阻改变dR，即 令 ——金属丝的轴向应变量； ——金属丝的径向应变量。 根据材料力学原理，金属丝受拉时，沿轴向伸长，而沿径向缩短，二者之间应变的关系为 令 K 称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。显然，越大，单位变形引起的电阻相对变化越大，故灵敏度越高。 金属丝的灵敏系数 K 受两个因素影响： 第一项（1+2m），它是由于金属丝受拉伸后，材料的几何尺寸发生变化而引起的。金属丝电阻的变化主要由材料的几何形变引起 （电阻应变式传感器） 第二项 ，它是由于材料发生变形时， 其自由电子的活动能力和数量均发生变化的缘故。（压阻式传感器，锗、硅等半导体） 实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化dR/R与应变ex是成正比。 二、电阻应变片的种类与结构 1．丝式应变片 2．箔式应变片 3．薄膜应变片 4．半导体应变片 丝式应变片 箔式应变片 箔式应变片的外形 　　　　 2.3.3 应变片测试原理