[信息与通信]第3章-电阻式传感器.pptVIP

第三章 电阻式传感器 工作原理： 将被测物理量（如压力、速度、位移等非电量）的变化转换为电阻值的变化，再变为电量输出。 电阻式传感器的分类 §3-1 应变式电阻传感器 优点： 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠； 易于实现测试过程自动化和多点同步测量，以及远距测量和遥测； 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量； 可测多种物理量，如：位移、加速度、力、力矩、压力等。 缺点： 单点测量一片电阻应变片只能测定构件表面上一点的某个方向的应变 ;并且只代表栅长范围内的平均应变。 应变片一般只能测量构件表面的应力应变,对结构内部的三维应力测量很难进行。 一、电阻应变效应 金属的应变效应 金属丝的电阻应变效应 ?? 金属丝的电阻值随着金属丝的几何尺寸变化（伸长或缩短）而发生相应的变化的现象。 二、结构和形式和类型 种类 三、转换电路 测量过程 力、压力 1.直流电桥 工作原理 半桥和全桥 二、交流电桥 输出电压 交、直流电桥的优、缺点 直流电桥的优缺点优点：高稳定直流电源易于获得；电桥调节平衡电路简单。缺点：容易产生零点漂移；线路复杂。 交流电桥的优缺点优点：零漂小缺点：电路调节繁杂。 电阻应变仪 上述交、直流电桥可将应变片电阻的变化转换成相应的电压或电流信号，但这种信号较弱，且其波形并不是试件应变变化波形。使用一些部件，将这一电信号进行放大，并精确复现试件应变波形，组成一台应变测量仪，称为电阻应变仪。它分为直流电阻应变仪和交流电阻应变仪。 四、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 （二）温度补偿 自补偿法 1）单丝自补偿法 2）组合式自补偿法 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 4）二极管补偿法 五、应变式传感器的应用 测结构的应变或应力 与弹性元件结合构成各种应变式传感器 应变式加速度传感器 应变式液体重量传感器 应变式传感器实例 应变式压力传感器 应变式力传感器 §3-2 压阻式电阻传感器 一、半导体压阻效应 半导体材料有明显的压阻效应，即半导体材料的电阻率随作用应力而变化。 二、结构三、温度误差补偿四、转换电路 同一半导体材料的压阻效应与其晶向有关。 压阻式加速度传感器 §3-3 电位器式电阻传感器 一、电位器式传感器工作原理 将机械的线位移（直线运动）、角位移（转动）、 直线角位移（螺旋运动）的变化 电位器式传感器的优、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。 电位器分类 电位器分类 二、线绕电位器的结构 三、转换电路 电位器其输出电压或电阻与电刷位移或转角之间可以是线性关系，也可以是非线性关系，即其它函数关系。以直线位移电位器为例，其转换电路如图所示： 空载特性：空载时： 空载特性： 负载特性：负载时： 负载特性： 三、转换电路 电阻灵敏度： 电压灵敏度： 设电阻相对变化为 负载系数 则：负载特性 空载特性 由于m?0，即RL ??，是负载特性和空载特性之间产生偏差。负载输出电压比空载输出电压低，这种偏差与m、r有关。 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。 对负载特性的讨论： 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 ? 对负载特性的讨论： 负载误差： 为了减小负载误差，首先要尽量减小m，通常m0.1。为此采用高输入阻抗放大器，或将电位器空载特性设计成某种上凸特性，其负载特性下降后正好是所要求的特性。 四、电位器式传感器的应用 电位器式压力传感器 电位器式加速度计 集中应力作用于等强度梁的顶点上，计算说明如何粘贴应变片以期