电阻式传感器要点解析.pptVIP

第二章 电阻式传感器 2.1 电位器式传感器 2、阶梯特性、分辨率和阶梯误差 阶梯误差 2.1.2 非线性电位器 非线性电位器是指空载时电位器的输出电压（或电阻）与电刷行程之间具有非线性函数的一种电位器，也称函数电位器。 2.1.3 负载特性与负载误差 负载特性偏离理想空载特性的偏差称为电位器的负载误差 2.2 应变片传感器 应变传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 2.2.1 工作原理 电阻应变片的工作原理基于应变效应，即导体在产生机械形变时，它的电阻值会发生相应的变化。 一个圆形金属电阻丝在未受力时原始电阻为R=ρL/S。当电阻丝受到拉力F作用时，将拉长ΔL，横截面积相应减小ΔS，电阻率变化Δρ，故引起电阻值相对变化量为 电阻丝的灵敏度系数 2.2.2 电阻应变片的基本特性 1. 应变片的结构 金属电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。 金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。 2、金属应变片主要特性 灵敏系数 横向效应 -μεy 机械滞后、零漂、蠕变、应变极限和疲劳寿命、最大工作电流、绝缘电阻 3、应变片的温度误差及补偿 （1）温度误差 a、敏感栅电阻随温度变化引起的误差 αt-敏感栅材料电阻温度系数 b、试件材料的线膨胀引起的误差 k-应变片灵敏系数，αg-试件膨胀系数，αs-应变片敏感栅材料膨胀系数 总的电阻相对变化 热输出 （2）温度补偿 a、自补偿法 单丝自补偿法 双丝组合自补偿法 b、桥路补偿 2.2.3 电阻应变片的转换电路 1、直流电桥 （1）直流电桥平衡条件 （3）非线性误差及补偿方法 非线性误差 b、恒流源电桥 （单臂电桥）供电电流为I，通过各臂的电流为I1和I2，无应变ΔR1=0时， 2、交流电桥 2.3 压阻式传感器 压阻效应:固体受到作用力后，电阻率就要发生变化 2.3.1半导体应变片式传感器 1、工作原理 2.3.2 扩散型压阻式传感器 2.4 电阻式传感器的应用 2.4.1电位器式传感器应用 （1）电位器式位移传感器 （2）电位器式加速度传感器 2.4.2 应变片式电阻传感器应用 1、应变式测力与荷重传感器 （1）柱式力传感器 （2）梁式力传感器 2、应变式压力传感器 （1）膜片式压力传感器 （2）筒式压力传感器 （3）组合式压力传感器 * * 2.1.1、线性电位器 1、空载特性 电位器的输出端不接负载或负载为无穷大是输出特性为空载特性。 A点到电刷间 n匝线性电位器截面图 灵敏度 阶梯特性 分辨率 电压分辨率定义：在电刷行程内，电位器输出阶梯电压的最小值与最大输出电压Umax的百分比。对于理想阶梯特性的线绕电位器，其电压分辨率为： 行程分辨率定义：在电刷行程内，能使电位器产生一个可测出变化的电刷最小行程于整个行程的百分比，对理想阶梯特性的线绕电位器，其行程分辨率为 理想阶梯特性曲线 用理想阶梯特性曲线对理论特性曲线的最大偏差于最大输出电压的百分比表示，即 阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕电位器本身工作原理所决定的，是一种原理性误差，它决定了电位器可能达到的最高精度。 在实际设计中，为减小阶梯误差和提高分辨率，需增加匝数（即减小导线直径，小型电位器通常选用0.5mm，但若过细使用中容易断开）或增加骨架长度。 电位器输出电压为 相对输出电压变化为 电阻相对变化 行程相对变化 接入负载后输出电压 电位器接入负载后的负载误差为 电位器的负载系数 X=1或0时，负载误差为0，X=1/2时，负载误差最大 长度相对变化量：应变ε= ΔL/L 横截面积变化量：用半径表示为2Δr/r，Δr/r=-μΔL/L=-με 其中μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示方向相反。 应力与应变的关系σ=Eε，可得到应力值。 σ—被测对象应力；ε—被测对象应变；E—被测对象材料的弹性模量。 例1： 将100欧姆电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4㎡，弹性模量E=2×1011N/㎡,且有F=5×104N的拉力引起应变电阻变化为1欧姆，求该应变片的灵敏度系数。 解：F=Sσ=SEε ε=1/200; K=（△R/R）/ε=1/20000 补偿应变片RB与R1同阻值， R3和R4同阻值同材料 不承受应变时 不承受应变，温度变化时 承受应变