第2章-电阻式传感器及应用.ppt

第2章电阻式传感器及应用引言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。常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。电阻式传感器的结构简单、性能稳定、灵敏度较高，有的还适合于动态测量。2.1弹性敏感元件弹性元件在传感器中的作用，它基本上可以分为两种类型：弹性敏感元件和弹性支撑。前者感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、位移等，也就是通过它把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的相应物理状态，故称为弹性敏感元件。2.1.1弹性敏感材料的弹性特性弹性特性：作用在弹性敏感元件上的外力与由该外力所引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系称为弹性元件的弹性特性1.刚度刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。2.灵敏度灵敏度就是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小。它是刚度的倒数，即与刚度相似，如果元件弹性特性是线性的，则灵敏度为常数；若弹性特性是非线性的，则灵敏度为变数。3.弹性滞后实际的弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象，曲线1是加载曲线，曲线2是卸载曲线，曲线1、2所包围的范围称为滞环。产生弹性滞后的原因主要是弹性敏感元件在工作过程中分子间存在内摩擦，并造成零点附近的不灵敏区。4.弹性后效弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象称为弹性后效现象。由于弹性后效存在，弹性敏感元件的变形不能迅速地随作用力的改变而改5．固有振动频率弹性敏感元件的动态特性与它的固有振动频率fo有很大的关系，固有振动频率通常由实验测得。传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振动频率。2.1.2弹性敏感元件的材料及基本要求（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。（4）抗氧化性和抗腐蚀性等化学性能良好。2.1.3变换力的弹性敏感元件所谓变换力的弹性敏感元件是指输入量为力F，输出量为应变或位移的弹性敏感元件。常用的变换力的弹性敏感元件有实心轴、空心轴、等截面圆环、变截面圆环、悬臂梁、扭转轴等。变换力的弹性敏感元件1．等截面轴2．环状弹性元件3．悬臂梁4．扭转轴2.1.4变换压力的弹性敏感元件1．弹簧管（定性分析）2.1.4变换压力的弹性敏感元件2．波纹管2.1.4变换压力的弹性敏感元件3．等截面薄板2.1.4变换压力的弹性敏感元件4．波纹膜片和膜盒2.1.4变换压力的弹性敏感元件5．薄壁圆筒和薄壁半球2.2电位器传感器电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种参数的测量2.2.1电位器的原理和基本结构1．电位器的转换原理电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为Ui，则滑动端输出电压为 角位移式电位器对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比，即2.2.2电位器传感器负载特性电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。2.2.3电位器传感器的应用实例1．电位器式压力传感器YCD—150型远程压力表原理图电位器式压力传感器的工作原理2．电位器式位移传感器3．电位器式加速度传感器2.3电阻应变式传感器2.3.1应变片与应变效应1．电阻应变效应导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象称为电阻应变效应实验证明，在金属丝变形的弹性范围内，电阻的相对变化?R/R与应变是成正比，即 2．电阻应变片的结构与类型3．应变片的粘贴技术应变片的检查试件的表面处理确定贴片位置粘贴应变片固化处理粘贴质量检查引出线的固定与保护防潮防蚀处理4．应变片参数（1）标准电阻值（R0）（2）绝缘电阻（RG）（3）灵敏度系数（K）（4）应变极限（ξmax）（5）允许电流（Ie）允许电流是指应变片允许通过的最大电流。（6）机械滞后2.3.2测量转换电路1．应变片测量应变的基本原理2．测量转换电路1．应变片测量应变的基本原理在外力作用下，被测对象产生微