电阻式传感器

环境状况监测，测 量环境中的空气湿 度
传感器实际产品(6/7)
酒精 LJJ-5-A 传感器
工作状态： 20±2℃， 65±5% 工作电压：DC5V 测量环境中的 酒精含量 方法： 将传感器放置 在预设的不同 的酒精含量中 测量
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气体质 量传感 LQZ-5A 器
测量范围： 1～10ppm 工作电压：DC5V 灵敏度： 0.15～0.5Rs 工作电压：DC5V 光谱峰值(nm)：560 亮电阻 (10Lux,KΩ)： 20-30 暗电阻(MΩ)：3
固体声测距方法： 将两个拾音端分开 放置在工作台上即 可进行声音测距实 验
噪声 传感器
LZS-5-A
测量设备噪声，测 量环境噪声进行环 境状况监测
传感器实际产品(3/7)
探测距离：50cm 工作温度(℃)：-10～+55 工作电压：DC12V 输出电流：3000mA 响应时间：≤40ms 探测距离：3m 工作温度(℃)：-10～+55 工作电压：DC12V 输出电流：3000mA 响应时间：≤40ms 探测距离：3cm 工作温度(℃)：-10～+55 工作电压：DC12V 输出电流：200mA 响应时间：≤3ms
则 K 0 (1 2 )

金属电阻丝的相对灵敏度系数受两个因素影响： （1）受力后材料的几何尺寸变化所引起的；即 (1 2 ) 项 （2）受力后材料的电阻率发生变化引起的；即
d p
项

第二章 电阻式传感器
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二、应变片的结构
应变片由电阻丝（敏感栅）、基底、引线和粘合剂组成。
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LWZ-5-A
温度 传感 器
LWZ-5-B
测量范围(℃)：0～100 工作电压：DC12V 灵敏度：正负0.5℃
测量范围(℃)：0～100 工作电压：DC12V 灵敏度：正负0.5℃
环境状况监测，测
量环境温度。
湿度 传感 器
LSD-5-A
测量范围： 10%～100% 工作电压：DC12V 线性电压输出： Vout=2068RH +1079mv
第二章 电阻式传感器
哈尔滨工业大学
第二章 电阻传感器
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。 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、 压阻式等。 电阻传感器常用来测量位移、力、压力、应变、 扭矩和加速度等非电量。
传感器实际产品(1/7)
n——直线部分栅丝的数目；
n-1——弯角部分的个数。
可见 K K0 ，即应变片存在横向效应使应变片的灵 敏度系数小于电阻丝的应变灵敏度系数。
第二章 电阻式传感器
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☻小结
金属丝式应变片
金属电阻应变片 dR dl K0 R l 箔式应变片
应用较多
金属薄膜应变片
金属丝式应变片使用最早，但由于金属丝式应变片蠕变较大，金 属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、 应力的大批量、一次性试验。 箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间
传感器实际产品(2/7)
磁电转速 传感器
检测距离： 1～15mm 工作温度(℃)： -25～+70 工作电压/电流：DC12V 响应频率：3KHz
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测量轴的转速
LCD-12A
固体声测 量传感器 LGS-5-A
测量距离：0～3m 工作电压：DC5V 灵敏度：正负5mm 工作温度(℃)：-10～+50 工作电压：DC12V 工作距离：0～3m 灵敏度(0dB=1V/Pa)： -50±2dB 信噪比：>58dB 指向性：单向 响应频率：20～16KHz
测量时的蠕变较小，一致性较好，能将温度影响减小到最小的程度，适
合于大批量生产。
第二章 电阻式传感器
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为安全起见，要求金属材料的轴向应变最好 不要大于110-3。 即：要求其机械应变小
☆ 金属丝式应变片
引 线
覆盖层
基片 敏感器
第二章 电阻式传感器
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• 应变电阻式传感器的主要优点是： 1、电阻变化率与应变可以保持很好的线性关系； 2、尺寸小，重量轻，因此在测试时对试件的工作 状态及应力分布影响较小。 3、测量范围广，一般可测1Baidu Nhomakorabea2με到数千με; 4、频率响应好，一般电阻应变式传感器的响应时 间为10-7s，所以可以进行几十Hz甚至上百Hz的 动态测量； 5、采取适当措施后，可在一些恶劣环境下正常 工作，如可从真空状态到数千大气压；可从接近 作对零度到1000℃；也可以在有强烈震动、强磁 场、化学腐蚀及放射性的场合工作；
将上式取全微分，则引起电阻值变化dR：
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L L dR＝ d ＋ dL 2 dS S S S
dR d dl dS 电阻值的相对变化： R l S dS dr 2 因 S r ，S 2 r
由材料力学可知： （径向变化）
dr dl ，式中 r l
A
B R1 R2
IL
C RL
R3 D
－ ＋
Uo
R4
U
当被测量无变化，四桥臂满足一定的关系，输出 为零；当被测量发生变化时，测量电桥平衡被破坏， 有电压输出。
第二章 电阻式传感器
哈尔滨工业大学 IL R2 C RL Uo
A. 直流电桥
a.电桥平衡条件
A
B R1
R3 R1 U0 U ( ) R1 R2 R3 R4
第二章 电阻式传感器
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·主要缺点是： 在大应变状态下，具有较大的非线性， 输出信号较小，故抗干扰问题突出，不适 用于1000℃以上的高温状况下工作
第二章 电阻式传感器
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三、 电阻应变片的测量转换电路
提出问题？
由于机械应变一般都很小, 那么考虑
要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来；
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实用传感器样品举例
品名 应变 式力 传感 器 型号 特性参数
测量范围：0～1kg 安全超载：150% 工作温度(℃)： -20～+60： 工作电压：DC5V 综合精度：0.03Kg 重复性：0.02%
用途及使用方 法
称重，应变测量，触力测 量 方法： 指定压力方向，将砝码等 质量块放上，标定后即可 使用
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红外漫射 式传感器
LHMF12-A
物件计数，安防， 设备保护等
红外反射 LHF-12A 式传感器
物件计数，测量 单摆周期等
红外对射 式传感器
LHD12-A
物件计数，测量 轴的转速等
传感器实际产品(4/7)
检测距离： 1～17mm 工作温度(℃)： -25～+70 工作电压/电流： DC12V 响应频率：1KHz 检测距离：5mm 工作温度(℃)： -25～＋70 工作电压/电流： DC5V 工作点：22mT 释放点：16.5mT 检测距离：5mm 工作温度(℃)： -25～＋70 工作电压/电流： DC5V 工作点：22mT 释放点：16.5mT 物件计数，铁磁 性物体检测 方法：接近金属 物体有反应
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加速度 YD-37 传感器
变送器
SLM
第二章 电阻式传感器 第二章 电阻式传感器 部分实物
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第二章 电阻式传感器
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§2-1
应变式传感器
应变式式传感器是基于金属电阻的应变 效应制成。 一、金属的电阻应变效应 金属导体的电阻随着机械变形（伸长或 缩短）的大小发生变化的现象称为金属的电 阻应变效应。
外观
LYB-5-A
光电 转速 传感 LHYF-12-A 器
检测距离：0～ 10mm 工作温度(℃)： -20～+50 工作电压/电流： DC12V 响应频率：500Hz
测量轴的转速。 方法：在轴上贴上一小块 1平方厘米的反光纸，通 过调节传感器与轴的距离 和拧传感器上的调节钮使 传感器对轴不动作，对反 光纸动作
第二章 电阻式传感器
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第二章 电阻式传感器
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1、电阻应变片的灵敏度系数定义为：
K

R

R
x
其中

x
为应变片的轴 向应变。
实验证明，电阻丝的应变灵敏度系数不等 于电阻丝应变片的应变灵敏度系数，即 K0 K 。 （电阻丝应变片存在横向效应）
第二章 电阻式传感器
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2、横向效应

y
P
P

y x
a r
x
l0 纵向应变 x 造成电阻增加，横向应 变 y 造成电阻减少。 图4 放大的栅状电阻应变片及弯角 部分示意图
2b
第二章 电阻式传感器 经推导得：
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r n (n 1) 2l (1 ) R 0 R K K 0 r x n (n 1) l0
泊松比
dl l
表示电阻丝轴向的相对变化，也就是应变。
第二章 电阻式传感器
dR d dl dS R l S
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dR d dl d (1 2 ) (1 2 ) R l
d
dR
令

RK 0
K0——金属电阻丝的相对灵敏度系数： 单位应变引起的电阻相对变化。
同时要把电阻相对变化ΔR/ R转换为电压或 电流的变化。 应该采用什么测量转换电路？
回答
通常采用直流电桥和交流电桥。
第二章 电阻式传感器
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1. 直流电桥
电路组成 由四个桥臂R1、R2、R3及R4和 一个供桥电源U组成。 其中，RL为负载电阻 Uo为电桥输出电压。 电路特点：
测电机转速 方法： 将磁铁与霍尔元件分 离，但磁铁与霍尔元 件接近时（注意磁铁 极性），产生一个脉 冲
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电涡流 LDG-12-A 接近开关
霍尔 传感器
LHG-5-A
霍尔 传感器
LHN-5-A
无损检测 方法： 接入无损检测实 验台中，可测出 金属的损坏类型
传感器实际产品(5/7)
一阶系统响应。方 法：将带有金属套 筒的传感器放入恒 温器中
环境状况监测
测光频率闪烁 方法： 对准显示器
LGS-12光 A 传感器
传感器实际产品(7/7)
工作温度(℃)： -10～+75 工作电压：DC5V 工作距离：0～3m 灵敏度： 0.7-0.8mV/ms2 频率(Hz)：1-10000 测量范围： 工作电压：DC12V 灵敏度： 0.5～20mV/ms2 工作频率(Hz)： 1～10000 测量电机振动，悬 臂梁固有频率 方法： 放置在待测的实验 台上，传感器器输 出经过变送器，信 号采集仪输入到计 算机中 将加速度传感器输 出的信号调理成蓝 津数据采集仪可分 辨的信号
第二章 电阻式传感器
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结论：金属丝受拉时，l变 长、r变小，导致R变大 。
第二章 电阻式传感器
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设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ R 的电阻丝，其电阻值R为：
Δl l
l S
F Δr
F r
导线两端受到力F作用时
l dl S dS d
第二章 电阻式传感器
－ ＋
Uo
R4
U
（1）
R1为电阻应变片 R2, R3, R4为电桥固定电阻
这就构成了单臂电桥。
第二章 电阻式传感器 b. 电压灵敏度 分析：
R1
R1 A B R2 C RL R3 D
－ ＋
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R3 R1 U0 U ( ) R1 R2 R3 R4
IL
Uo
（2）当R1产生应变时, 若应 变片电阻变化为ΔR1，其它 桥臂固定不变， 电桥输出电 压Uo≠0 电桥不平衡输出电压为:
R3 R1 R1 U0 U ( ) R1 R1 R2 R3 R4 R4 R1 R3 R1 U R1 R2 R4 (1 )(1 ) R1 R1 R3
R4
U
设桥臂比n = R2/R1 考虑到平衡条件R2/R1= R4/R3 且ΔR1/R1很小可忽略
R3 D
－ ＋
R4
当电桥平衡时, Uo=0, 则有： R1R4 = R2R3 或
R1 R3 R2 R4
U
—— 电桥平衡条件
结论：
欲使电桥平衡, 其相邻两臂电阻的比值应相等, 或 相对两臂电阻的乘积相等。
第二章 电阻式传感器 b. 电压灵敏度 分析：
R1
A
哈尔滨工业大学
B
R2
IL
C RL R3 D
第二章 电阻式传感器
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敏感栅由很细的电阻丝（0.01~0.05mm）或箔式 金属片（厚度为3~10μm）组成。 敏感栅常用下列材料制成： （1）康铜（铜镍合金）：最常用；
（2）镍鉻合金：多用于动态；
（3）镍鉻铝合金：作中、高温应变片；
（4）镍鉻铁合金：疲劳寿命要求高的应变片；
（5）铂及铂合金：高温动态应变测量。