第3章传感器技术1）电阻式课件.ppt

5-302 Dave Massy 一、电位计式传感器 1．结构 1）电阻体： 电阻丝(碳膜)、骨架； 2）电刷：触头。 GY10电位计式压力传感器 输出信号与输入的关系不同，可采用不同的骨架来线性化： 当f(x)=kx →直线式骨架； 当f(x)=kx2 →三角式骨架； 当f(x)=kx3 →抛物线式骨架。 3）输出电路： 电阻分压电路 + 伺服记录仪（电子电位差计）。 2、工作原理 由电阻的欧姆定律可知，Ｒ=ρL/S，当、面积S一定时，Ｒ∝L。 3．特点 1）优点：结构简单，性能稳定，方便，输出功率大，可直接接显示仪表。 2）缺点：分辨率低 20μm；噪声大，易磨损，寿命短。 4．应用 1）测量线、角位移； 2）一切能通过相应敏感元件转换的位移的非电量，如力、加速度等。 例如、电位计式压力传感器； 电阻应变式称重传感器 电阻应变式传感器 2）工作原理 P (压力) → dl（拉长）、ds（缩小）、 dρ（晶格变形） → dR(电阻变化)。 由电阻的欧姆定律： Ｒ=ρL/S dR/R ∝ε，呈线性关系； 所以测得ε就能确定引起ε的被测参数； 当ε= 10-3~10-6 时， R = 5ⅹ10-1~10-4Ω。 2．半导体应变片 1）结构 与金属电阻应变式结构相同； 只是沿一定晶轴方向的半导体的小条切片代替金属电阻丝。 半导体式应变片的dR/R是由压阻效应（电阻率变化）引起。 压阻效应：是指单晶半导体在沿某一轴向受到外力作用时，造成晶格畸变导致电阻率（载流能力）发生变化的现象。 3．两种应变片的“特点”比较 1）两种体积小，动态响应快，测量精度高，使用方便； 2）工作原理不同： 金属式基于尺寸效应； 半导体式基于压阻效应。 3）性能稳定，精度高。 4）灵敏度： S半导体 S金属，但非线性（离散度大），测量范围窄，适合微量测量； S金属小，但测量范围大。 5）缺点： 金属式：横向效应大（机械滞后大）。 半导体式：环境影响大，S离散，非线性。 6）对环境适应能力强： 装配工序为：选粘合剂、清理、粘合、固化、防潮。 三、输出电路： 桥式电桥电路 2．将应变体贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。 结 束 V E R1 R3 R2 R4 四、应用 1．应力、应变测量（如拉、压力、扭矩、弯矩等） 目的：为结构设计，应力校核或构件破坏的预测等提供可靠的实验数据。 第3节 电阻式传感器 定义：是将被测量转换为电阻变化的一种传感器。 由于输出信号一般为电压信号，也称电阻式电压信号传感器。 分类：1）变阻式（电位计式）； 2）电阻应变式。 ?CY1-17(L、G)电位计式压力传感器 1） 2） 3） 变阻器式传感器 1）直线位移型 2）角位移型 3）非线性型 因此，当被测参数引起触头移动时，产生△L，使电阻变化（△Ｒ），由电阻分压电路测得△Ｒ（U / I），就能得到被测参数。 1-连杆 2-电触点 3-弹簧管 二、电阻应变式传感器 分类：1）金属电阻应变式； 2）半导体电阻应变式。 1．金属电阻应变片（应用最广） 1）结构 由敏感元件（电阻体）+ 上、下基片 + 引线贴在一起构成。 （3-1） 再由下列关系式： ① ； ② （3-2） ν-泊松比；λ—压阻系数；E—弹性模量； 将（3-2）式代入（3-2）式得： （3-3） 其中， 是尺寸效应引起， 为压阻效应。 式中， 为应变片灵敏度。 对金属电阻式应变片，因 ，得： （3-4） 灵敏应： 电阻丝材料不同，S不同： Ag Cr Ni Cu 。 2）工作原理 由（3-3）式可知： 由于 ，得： （3-5） 灵敏应： Smax≥100。 * *