3.13.2电阻传感器.ppt

第2章 应变式传感器 3.1 电位器式传感器  电位器是人们常用到的一种电子元件， 它作为传感器可以将机械位移或其他能变换成位移的非电量变换为电阻值的变化， 并容易转换成电压的变化。 电位器式传感器具有结构简单， 价格低廉， 性能稳定， 对环境条件要求不高， 输出信号大， 易于转换， 便于维修的优点。 其缺点是存在摩擦， 分辨力有限， 精度不够高， 动态响应较差，仅适于测量变化较缓慢的量， 常用作位置信号发生器。 图3-1(a)和(b)分别为直线位移和角位移传感器的外形图。 　 3.1.1 电位器式传感器的转换原理 　　根据电工知识，我们很容易理解电位器的电压转换原理。 电位器的位移→电压转换原理如图3-1（c）所示。 设电阻体的长度为l，电阻值为R，两端所加（输入）电压为Ui，则滑动端输出电压为 3.1.2 电位器式传感器的结构与类型 　　如图3-2所示，电位器由电阻元件、 电刷、 骨架等组成。 其形式有直滑式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由触头、 臂、 导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、 酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜电阻、 导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。 2. 非线绕电位器 　　1) 合成膜电位器 　　合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而制成的。 其优点是分辨率较高，阻值范围很宽（100 Ω～ 4.7 MΩ）， 耐磨性较好，工艺简单， 成本低， 线性度好等； 主要缺点是接触电阻大，功率不够大， 容易吸潮， 噪声较大等。 2） 金属膜电位器 　　金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法， 在瓷基体上沉积一层薄膜而制成。 金属膜电位器具有无限分辨力， 接触电阻很小， 耐热性好， 满负荷达70℃。 与线绕电位器相比， 它的分布电容和分布电感很小， 特别适合在高频条件下使用。 它的噪声仅高于线绕电位器。金属电位器的缺点是耐磨性较差， 阻值范围窄，一般在10～100 Ω。 由于这些缺点， 限制了它的使用范围。 　 　3) 导电塑料电位器 　　导电塑料电位器又称实心电位器， 这种电位器的电阻是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成的。 导电塑料电位器的耐磨性很好， 使用寿命较长， 允许电刷的接触压力很大， 在振动、 冲击等恶劣环境下仍能可靠工作。 此外， 它的分辨率较高， 线性度较好， 阻值范围大， 能承受较大的功率。 导电塑料电位器的缺点是阻值易受湿度影响， 故精度不易做得很高。 导电塑料电位器的标准阻值有1 kΩ、2 kΩ、5 kΩ和10 kΩ， 线性度为0.1%和0.2%。 　 4） 导电玻璃釉电位器 　　导电玻璃釉电位器又称金属陶瓷电位器， 它是以合金、 金属氧化物或难溶化合物等为导电材料， 以玻璃釉粉为粘合剂， 混合烧结在陶瓷或玻璃基体上制成的。 导电玻璃釉电位器的耐高温性、 耐磨性好， 有较宽的阻值范围， 电阻湿度系数小且抗湿性强。 导电玻璃釉电位器的缺点是接触电阻变化大、 噪声大、 不易保证测量的高精度 3.2应变片式电阻传感器 3.2.1.电阻应变片的工作原理 电阻应变片的工作原理是基于应变效应的，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为: ρ——电阻丝的电阻率； L——电阻丝的长度； S——电阻丝的截面积。 当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长 ，横截面积相应减小 ，电阻率将因晶格发生变形等因素而改变 ，故引起电阻值相对变化量为: 式中 是长度相对变化量，用金属电阻丝的轴向应变ε表示，ε数值一般很小表达式为： ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量，即： 由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为： ● μ—电阻丝材料的泊松比； ● 一般金属μ=0.3-0.5，负号表示应变方向相反。 将式(2-3)、 (2-4)、 (2-5)代入式(2-2)，可得： 又因为 λ-为压阻系数，与材质有关； σ为试件的应力； E为试件材料的弹性模量。 所以 根据上述特点，测量应力或应变时，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化