电阻式位移传感器.ppt

电子发烧友 电子技术论坛 第五章 R、L、C 传感技术 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。 电阻应变式传感器 目前自动测力或称重中应用最普遍的是应变式传 感器，应变式传感器有下列优点： 1.精确度，线性度好，灵敏度高 2.滞后和蠕变都较小，寿命高 3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4.结构较简单，体积较小应用灵活 5.工作稳定和保养方便 应变式传感器除可用于测量力参数外，还可用于测量加速 度，振幅等其他物理量。 (二)应变片的基本结构及测量原理 用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。 通过弹性敏感元件 将位移、力、力矩、加速 度、压力等物理量转换为 应变，则可用应变片测量 上述各量，而做成各种应 变式传感器。 二、应变片的类型和材料 （一）应变片的类型和材料 1.金属丝式应变片 回线式：横向效应较大 短接式：克服横向效应 金属丝式应变片材料要求 3.金属薄膜应变片 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1微米以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。 优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大。 存在问题：温度稳定性差 (二)应变片的粘贴 应变片是用粘合剂粘贴到被测件上的。粘合剂形成的胶层必须准确迅速地将披测件应变传进到敏感栅上。粘合剂的性能及粘贴工艺的质量直接影响着应变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数，线性以及它们受温度变化影响的程度。 对粘合剂和粘贴工艺有严格要求 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，这种现象叫压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。 半导体压阻式传感器的分类： ①粘贴式应变片 ②扩散硅型压阻传感器 特点：灵敏系数大，分辨率高，频率影响高，体积小。主要用于测量压力、加速度和载荷等 式中: Rt——温度为t时的电阻值；  R0——温度为t0时的电阻值；  α0——温度为t0时金属丝的电阻温度系数；  Δt——温度变化值，Δt=t-t0。 当温度变化Δt时，电阻丝电阻的变化值为：  ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt 2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时，不论环境温度如何变化，电阻丝的变形仍和自由状态一样，不会产生附加变形。 当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。 设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l0, 它们的线膨胀系数分别为βs和βg，若两者不粘贴，则它们的长度分别为 ls=l0(1+βsΔt) lg=l0(1+βgΔt) 当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形Δl、附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为 由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0, α0, βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。 2. 电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。  1) 线路补偿法 电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 图 (a)是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为： Uo=A(R1R4-RBR3) 式中, A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知， 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压Uo的作用方向相反。 利用这一基本关系可实现对温度的补偿。 测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变, 如图 (b)所示。 当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环境温度为t的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有 工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电阻。 图 电桥补偿法 当温度升高或降低Δt=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即 若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1