机械工程测试第4章002.ppt

基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。二、电阻应变式传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为金属电阻应变片和半导体应变片。*4.2机械式传感器1.优点结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点。2.缺点弹性变形不宜大，以减小线性误差；由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙影响，而且惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量。3、改进措施用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他型式的传感器(如电阻、电容、电涡流式等)将位移量转换成电信号输出。工件有无、位置、尺寸、运动状态分类：按工作原理分为变阻器式和电阻应变式两类。4.3电阻式传感器一、变阻器式传感器（电位计式传感器）1.工作原理：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变化。式中ρ——电阻率；l——电阻丝长度；A——电阻丝截面积。如果电阻丝直径和材质一定时，则电阻值随导线长度而变化。式中电阻值的单位为Ω。2.分类常用变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等。⑴直线位移型①等效电路分析:xLL-变阻器总长;x-电刷移动量.R-总电阻;RL-电刷电阻;R=KL*LL=R/KLKL——单位长度的电阻值移动x后的电阻值为传感器的灵敏度uiu0RLRx,xR,L电路分压定理可得：后接电路（电阻分压电路）此时输入与输出具有线性关系。⑵回转型变阻器式传感器Kα---单位弧度所对应的电阻值⑵非线性型变阻器式传感器单位长度电阻：输出电阻：电位器的优点：结构简单，尺寸小，重量轻，价格低廉且性能稳定；受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；可以实现输出-输入间任意函数关系；输出信号大，一般不需放大。缺点：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间的摩擦，需要较大输入能量；磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，使分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。易产生噪声。电位器式传感器主要用于中小位移(偏差量或几十毫米内的位移量)和角度位置、位移量的测量，适用于要求不高的场合。两个概念：应变片的基本结构电阻丝(敏感栅)—转换元件基底与面胶—中间介质和绝缘作用盖层引线--连接测量导线之用1.金属应变片传感器的工作原理若金属丝的长度为L，截面积为A，电阻率为；未受力时的电阻为R，则LAρRL+dLA+dAρ+dρR+dR金属丝沿轴向方向受拉力而变形金属丝为圆形截面时两边同除以μ为电阻丝材料的泊松比，单位轴向线应变为ε，则——电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关。式中E——电阻丝材料的弹性模量；λ——压阻系数，与材质有关。所以对于同一电阻材料，1＋2μ是常数。λEε项是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的。对于金属电阻率来说λEε是很小的，可忽略。通常金属电阻丝的Sg=1.7～4.6。Sg——金属丝的灵敏度系数物理意义：单位应变所引起的电阻相对变化。2.半导体应变式传感器（1）工作原理基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。（2）压阻效应和压阻系数半导体的灵敏系数k值取决于半导体材料、导电类型、晶轴方向和杂质浓度等。压阻式传感器的弹性敏感元件通常都是由单晶硅制作的圆膜片。