《传感器及RFID技术应用》课件）_项目2.pptxVIP

传感器及RFID应用技术

项目二：力和压力测量

项目二力和压力测量

1电阻应变式传感器

2压电式传感器

3

项目目标

知识要点

了解电阻应变式、压电式传感器的基本结构；学习直流电桥的平衡条件，熟悉电阻应变片的温度补偿法。

技能要点

学会识别电阻应变式传感器，通过实验掌握电阻应变式、压电式传感器的使用方法。

任务目标

使用单片集成硅压力传感器MPX5100设计一种简易

的压力计。

现实中有哪些地方需要测力或压力?

专业胎压表

操作方法

1.首先，请打开轮

胎的气阀帽。

2.用力将胎压表直

接压到气嘴上。

3.读出胎压表上的压力数值。

4.根据车辆厂商的规格要求调整轮胎气压。

5.重新拧上气阀帽。

汽车上

汽车安全气囊

医疗上：眼压仪、血压计

一、电阻应变式传感器

一)什么是力敏传感器

定义和分类

力敏传感器，顾名思义就是能对各种力或能转化为力的物理量产生反应，并能将其转变为电参数的装置或元件。

根据由力至电参数转变的方式不同，力敏传感器一般有电

阻应变式传感器、电位计式传感器、电感式传感器、压电式传感器、电容式传感器等，它们也可用来测量压力值。

一、电阻应变式传感器

二)电阻应变式传感器

1.电阻应变式传感器工作原理

1)应变效应

由物理学可知，电阻丝的电阻R与电阻丝的电阻率、导体长度及截面积存在如下关系：

(2-1)

当电阻丝受到拉力作用时，长度伸长，横截面积收缩，电阻率变化，如图2-1所示，此时电阻值变化。

图2-1电阻丝应变效应

一、电阻应变式传感器

二)电阻应变式传感器

1.电阻应变式传感器工作原理

2)电阻应变式传感器的结构及特性

引线覆盖层

Z

金属丝式电阻应变片

分类：

金属箔式应变片(a)敏感栅

基底

一、电阻应变式传感器

二)电阻应变式传感器

2.电阻应变片传感器基本应用电路

将电阻应变片粘贴于待测构件上，应变片电阻将随构件应变而改变，

将应变片电阻接入相应的电路中，使其阻值变化转化为电流或电压输出，即可测出力值。通常将应变片接入电桥来实现电阻至电压或电流的转换。根据电桥电源不同，又分直流电桥和交流电桥。这里主要介绍直流电桥。

图2-4

一、电阻应变式传感器

计算可知

2。电阳应变片传灵器基应用肉路E(2-2)

若使此电桥平衡，即△U=0,只要R₁R₃-R₂R₄=0。一般我们取

R₁=R₂=R₃=R₄即可实现。

现将R₁换成电阻应变片，即组成半桥单臂电路，随构件产生应变造成传感器电阻变化△R时，式(2-2)变成

(2-3)

可见，输出电压与电阻变化率成线性关系，也即和应变成线性关系，由此即可测出力值，由式(2-3)可得半桥单臂电路工作输出的电压灵敏度为：

(2-4)

图2-5直流电桥的连接方式

(a)半桥电路(b)全桥电路

图中R+△R和R-△R为电阻应变片在构件上的对称布置，“+”表示应变片受拉力，“-”表示应变片受压力。

R±△R

R=△R

E

为了提高输出电压灵敏度，可以采用半桥或全桥电路，如图2-5所示。

R干△R

R±△R

O

△Uo

(2-2)

分别使用式(2-2)计算可得：

对于半桥单臂

对于半桥双臂(2-5)

对于全桥(2-6)

即半桥双臂可使电压灵敏度比半桥单臂提高一倍，而全桥电路电压

灵敏度又比半桥双臂电压灵敏度提高一倍。可见，利用全桥，并提高供

电电压E,可提高灵敏度系数。

例2-1采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图2-1(a)所示，应变片1、3的e为1.56×10-⁴,应变片2、4的e为-0.47×10-⁴。

求(1)画出应变片在圆柱上贴粘位置及相应测量桥路原理图；(2)各应变片的电阻相对变化量△R/R=?(3)若供电桥压U=6V,求桥路输出电压U₀=?(4)此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响?说明原因。

解：(1)按题意采用四个相同应变片测力弹性元件，贴的位置如图2.1(a)所示。R₁、R₃沿

轴向在力F作用下产生正应变e₁0,e₃0;R₂、R₄沿圆周方向贴则产生负应变e₂0,e₄

0。

四