自动控制--传感器与检测技术_ppt课件第二章

2020/8/23
17
1.2.4 电阻应变片的温度误差及补偿
• 电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。原因有：电阻丝的电 阻率随温度发生变化；电阻丝和试件的线膨胀系数不同使其产生附加形 变。
1.自补偿法 2. 线路补偿法
2020/8/23
18
1.2.5 测量电路
• 1.直流电路 • 2.交流电桥
第一章 电阻式传感器
2020/8/23
1
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。
2020/8/23
2
1.1 电位器式电阻传感器
4
非线性电位器
• 对角位移式电位器来说，Uа与滑动臂的旋转角度成正比，即
2020/8/23
5
2020/8/23
6
1.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
• 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。
2020/8/23
7
1.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
•阶梯特性及误差
2020/8/23
14
Rl s
2020/8/23
15
1.2.3 电阻应变片的主要特性
• 1. 横向效应
• 2. 机械滞后、零漂和蠕变 • 3. 温度效应
2020/8/23
16
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
• YHD型电位器式位移传感器
1—测杆；2—滑线电阻；3—电刷；4—弹簧；5— 滑快；6—导轨；7—外壳；8—无感电阻。
wenku.baidu.com
2020/8/23
10
1.2 应变式电阻传感器
• 1.2.1 应变效应和应变式电阻传感器的工作原理 • 应变效应是指导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将
产生机械变形，进而导致其电阻值的变化。 • 当电阻率ρ、长度 和面积s 一定时，物体的电阻与其电 阻率、长度和横截面积之间 的关系，可用式表示为
• 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
2020/8/23
3
1.1.1 电位器式电阻传感器的原理
• 1．线性电位器式传感器
2020/8/23
2020/8/23
Rl
s
11
1.2.2 电阻应变片的种类、材料及 黏贴
电阻丝式应变片基本结构
应变片主要有金属应变片和半导 体应变片两类。金属片有丝式、 箔式、薄膜式3种电阻应变片
2020/8/23
12
2020/8/23
13
应变片的黏贴技术
① 应变片的检查 ② 试件的表面处理 ③ 确定贴片位置 ④ 黏贴应变片 ⑤ 固化处理 ⑥ 粘贴质量检查 ⑦ 引出线的固定与保护 ⑧ 防潮防蚀处理
机械应变一般在10 µε～3 000 µε之间，而应变灵敏 度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般 测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门的电 路来测量这种微弱的变化。
2020/8/23
19
1.直流电桥电路
• 直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、R3、R4组成，其中a、c两
端接直流电压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电压为Uo。在测 量前，取R1R3 = R2R4，输出电压为Uo=0。
2020/8/23
28
2 .交流电桥
• 交流电桥平衡调节
由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥 的平衡，故在使用之前，要对电桥进行平衡调节。
2020/8/23
29
1.2.6 应变式测力传感器
R3 R3
R4 R4
)
2020/8/23
22
电桥工作方式
• ① 半桥单臂工作方式 • ② 半桥双臂工作方式 • ③ 全桥4臂工作方式
2020/8/23
23
① 半桥单臂工作方式
• 传感器输出的电阻变化量ΔR只接入电桥的一个桥臂中，在工作时， 其余3个电阻的阻值没有变化（即ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输 出电压为
当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出 电压不是连续变化，而是阶跃式地变化。
阶梯误差。
2020/8/23
8
1.1.3 电位器式电阻传感器结构与 材料
•1.线绕式电位器 •2. 非线绕式电位器
1) 合成膜电位器 2）金属膜电位器 3) 导电塑料电位器 4) 光电电位器
2020/8/23
9
1.1.4 电位器式位移传感器
26
电桥的线路补偿
• ① 零点补偿 • 要求电桥的4个桥臂电阻值 • 相同是不可能的，这样就使 • 电桥不能满足初始平衡条件 • （即U0≠0）。为了解决这 • 一问题，可以在一对桥臂电 • 阻乘积较小的任一桥臂中串 • 联一个可调电阻进行调节补 • 偿。
2020/8/23
27
2.交流电桥
• 由于供桥电源为交流电源，引线分布电容（ 和 ）使得二桥臂应 变片呈现复阻抗特性。
2020/8/23
20
1.直流电桥电路
• 当桥臂电阻发生变化，在电桥输出端的负载电阻为无限大时，电 桥输出电压可近似表示为
U0
R1
R1
R4 R2
R2
R3
R3 R4
U
2020/8/23
21
1.直流电桥电路
• 一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，
Uo
Ui 4
( R1 R1
R2 R2
• 灵敏度为
Uo
Ui 4
R R
K Ui 4
2020/8/23
24
② 半桥双臂工作方式
• 安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥 相邻桥臂，称为半桥差动电路，电桥的输出电压为
•
• 灵敏度为U o
Ui 2
R R
• 线性关系，温度补偿等优点。
K Ui
2
2020/8/23
25
③ 全桥4臂工作方式
• 若将电桥4臂接入4片应变片，即2个受拉应变，2 个受压应变，将2个应变符号相同的接入相对桥 臂上，构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂的电 阻值都发生变化，电桥的输出电压为
•
Uo
RU i R
• 灵敏度为
K Ui
• 全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是单 片的4倍，具有温度补偿作用。
2020/8/23