3电阻式传感器PPT课件
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电阻式传感器精品PPT课件
6. 理解应变式传感器的结构设计及应用
2
3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
7
R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
16
敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
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3
概述
电阻应变式传感器——利用电阻应变片将应变转换为电阻变
化的传感器。 主要用途——测量力、力矩、压力、加速度、重量等。
4
电阻应变式传感器的工作原理
将电阻应变片粘贴在弹性元件特 定表面上，当力、扭矩、速度、加速度 及流量等物理量作用于弹性元件时，会 导致元件应力和应变的变化，进而引起 电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经 电路处理后以电信号的方式输出。
6
设有一段长为L，截面积为A，电阻率为ρ的导 体(如金属丝)，它具有的电阻为
L
2r 2(r-dr)
F
F
R l
A
L+dL
ρ:电阻系数 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其L、A和ρ
均发生变化。
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R l
A
两边取对数：ln R ln L ln A ln
两边微分：dR d dA dl R Al
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敏基粘感底结栅—剂——固— —定应 用敏变 粘感片 结栅中剂，最分并重别使要把敏的盖感部层和栅分敏与，感弹由栅性某固种 元结金 件于属 相基细 互底丝 绝；绕 缘在成 ； 栅应使形变用。计应应工变变作计计 时 时中 ， ，实 基 用现底粘应起结变着剂把把-电试应阻件变转应计换变基的准底敏确 再感地 粘元传 贴件递 在。给 试敏敏 件感感 表栅栅 面 合的的金作被材用测料，部的为位选 此 ，择 基 因对 底 此所必粘制须结造很剂的薄也电，起阻一着应般传变为递计应0.0性 变2～能 的0的 作.04好 用m坏 。m起。着常决 定性的作用。
——为金属材料的泊松比
d/ —金属丝电阻率的相对变化量
代入
电阻式传感器教学课件
工作原理
通过测量电阻值的变化，可以得 知被测物理量的变化，从而实现 非电量到电量的转换。
电阻式传感器的分类
01
02
03
应变片式
利用导体材料的应变效应 ，将压力、应变等物理量 转换为电阻值变化。
热电阻式
利用导体或半导体的温度 效应，将温度变化转换为 电阻值变化。
电位计式
利用电位计的电刷在电阻 体上滑动，将位移或角位 移转换为电阻值变化。
稳定性与可靠性
稳定性
稳定性是指电阻式传感器在长时间使用或在不同条件下保持 其性能参数的能力。稳定性好的传感器能够提供更可靠、更 准确的测量结果。
可靠性
可靠性是指电阻式传感器在规定条件下和规定时间内完成规 定功能的能力。可靠性高的传感器具有更长的使用寿命和更 高的可靠性，能够保证测量的稳定性和准确性。
后续评估和改进。
06
电阻式传感器的发展趋势与展 望
Chapter
新材料、新工艺的应用
高分子电阻式传感器
01
利用高分子材料的导电性，具有灵敏度高、响应速度快、耐腐
蚀等特点。
纳米电阻式传感器
02
利用纳米材料的超小尺寸效应，实现传感器的高精度和高灵敏
度。
陶瓷电阻式传感器
03
利用陶瓷材料的稳定性和绝缘性，具有高温、高压、高频等优
良特性。
多功能、智能化的发展趋势
集成化
将多个传感器集成在一个芯片上，实现多参数、 多功能的测量。
智能化
通过微处理器和算法的应用，实现传感器的自校 准、自补偿和自诊断等功能。
网络化
通过物联网技术，实现传感器数据的远程传输和 实时监测。
在物联网、人工智能等领域的应用前景
物联网
通过测量电阻值的变化，可以得 知被测物理量的变化，从而实现 非电量到电量的转换。
电阻式传感器的分类
01
02
03
应变片式
利用导体材料的应变效应 ，将压力、应变等物理量 转换为电阻值变化。
热电阻式
利用导体或半导体的温度 效应，将温度变化转换为 电阻值变化。
电位计式
利用电位计的电刷在电阻 体上滑动，将位移或角位 移转换为电阻值变化。
稳定性与可靠性
稳定性
稳定性是指电阻式传感器在长时间使用或在不同条件下保持 其性能参数的能力。稳定性好的传感器能够提供更可靠、更 准确的测量结果。
可靠性
可靠性是指电阻式传感器在规定条件下和规定时间内完成规 定功能的能力。可靠性高的传感器具有更长的使用寿命和更 高的可靠性，能够保证测量的稳定性和准确性。
后续评估和改进。
06
电阻式传感器的发展趋势与展 望
Chapter
新材料、新工艺的应用
高分子电阻式传感器
01
利用高分子材料的导电性，具有灵敏度高、响应速度快、耐腐
蚀等特点。
纳米电阻式传感器
02
利用纳米材料的超小尺寸效应，实现传感器的高精度和高灵敏
度。
陶瓷电阻式传感器
03
利用陶瓷材料的稳定性和绝缘性，具有高温、高压、高频等优
良特性。
多功能、智能化的发展趋势
集成化
将多个传感器集成在一个芯片上，实现多参数、 多功能的测量。
智能化
通过微处理器和算法的应用，实现传感器的自校 准、自补偿和自诊断等功能。
网络化
通过物联网技术，实现传感器数据的远程传输和 实时监测。
在物联网、人工智能等领域的应用前景
物联网
《电阻式传感器 》课件
绕制或印刷导电线路
在弹性元件上绕制或印刷导电线路，确保 线路的电阻值和稳定性。
04
电阻式传感器的实际应用 案例
压力传感器
01
压力传感器是一种常见的电阻式传感器，它能够将压力信号转换为电 信号，从而实现压力的测量和控制。
02
在汽车工业中，压力传感器被广泛应用于发动机控制、气瓶压力监测 、空调系统等。
市场发展与竞争格局
市场需求
随着工业自动化、智能制造等领域的发展， 电阻式传感器的市场需求不断增长。
竞争格局
国内外企业在电阻式传感器市场上展开激烈竞争， 技术、品质和服务成为竞争的关键因素。
市场趋势
未来电阻式传感器市场将朝着智能化、小型 化、集成化、高精度和高可靠性的方向发展 。
06
总结与展望
电阻式传感器的重要地位
温度影响
电阻式传感器的电阻值会受到温度的影响，导致测量结果的误差。因此，需要采 取一定的温度补偿措施。
稳定性
经过长时间使用和多次测量后，电阻式传感器仍能保持其基本特性的能力，是衡 量传感器性能的重要指标。
响应时间与恢复时间
响应时间
电阻式传感器对输入物理量变化做出 反应的时间，即从输入变化到输出变 化所需的时间。
原材料准备
根据设计要求，准备所需的敏感材料、弹 性材料和辅助材料。
性能测试与校准
对制造完成的电阻式传感器进行性能测试 和校准，确保其测量精度和稳定性达到预 期要求。
制造弹性元件
根据设计图纸，采用机械加工或成型工艺 制造弹性元件。
组装与调整
将敏感元件、弹性元件和导电线路组装在 一起，并进行必要的调整和测试，以确保 传感器性能符合要求。
生物材料
结合生物材料，开发出具有生物 相容性和生物活性的传感器，用 于医疗、生物监测等领域。
传感器与检测技术第二章电阻式传感器.ppt
11
2.1 电位器式传感器
二、阶梯特性、阶梯误差、分辨率 电刷在与一匝导线接触过程中，虽有小位移，
但阻值无变化 当电刷离开这一匝，接触下一匝时，电阻突然
增加，特性曲线出现阶跃
其阶跃值即视在分辨率为
U Umax n
12
2.1 电位器式传感器
在移动过程中，会使得临近的量匝短路，电位器 总匝数从n减小到(n-1)，总阻值的变化使得在视 在分辨率之中还产生了次要分辨脉冲，即一个小 的阶跃。
U max•Umax
9
2.1 电位器式传感器
线性电位器的骨架截面此处处相等、并且由材料 均匀的导线按相等的节距绕成。对某一匝节距为 t线圈来说，电阻变化量为：
Rl2(bh)
AA
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2.1 电位器式传感器
电阻灵敏度：
kR
R max X max
nR2(bh)
nt At
电压灵敏度：
kuU Xm ma a x xIX R m maax xI2(bA h)t
16
xmax
eby
n xmax
1 100% n
2.1 电位器式传感器
从图2-5中可见,在理想情况下，特性曲线每个 阶梯的大小完全相同,则通过每个阶梯中点的直 线即是理论直线（灵敏度），阶梯曲线围绕它 上下跳动，从而带来一定误差，这就是阶梯误
差。电位器的阶梯误差γj通常以理想阶梯特性
曲线对理论特性曲线的最大偏差值与最大输出 电压值的百分数表示，即
所示。这时,电位器(理想阶梯特性的线绕电位器)的电压分辨
率定义为:在电刷行程内,电位器输出电压阶梯的最大值与最
大输出电压Umax之比的百分数,即为：
Umax
eba
n Umax
传感器的类型ppt课件
▪ 传感器是将感知到的各种信号转换成易测量 的信号，把相应的信号输入计算机，计算机 发出指令，控制各执行机构。
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
.
§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
.
§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
.
§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
.
§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
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drdl
r
l
所以：
dA2dr 2
Ar
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又因为 V Al ，体积应变： dVdldA2(12)
Vl A
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•金属导体材料的电阻率相对变化与其体应 变的关系：
dCdVC(12) V
（C由材料和加工方式决定）。
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•半导体材料受到应力作用时，电阻率会发 生变化，这种现象称为“压阻效应。其电 阻率相对变化与 材料的轴向应力s 的关系：
第3章 电阻式传感器
电阻式传感器是一种把被测参量 转换为电阻变化的传感器
电位器式传感器 电阻应变式传感器 热电阻式传感器
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1
第3章 电阻式传感器
1电位器式传感器
电位器主要是把机械位移转换为与其 成一定函数关系的电阻或电压的输出。
基本工作原理
电位器式传感器由电阻器和电刷组成， 电刷触点的移动导致输出电阻的变化。
是材料受力后电阻率发生的改变。
金属材料的应变电阻以结构尺寸变化为主； 半导体材料的应变电阻主要基于压阻效应。
半导体应变片突出优点是灵敏度高, 比金属 丝式高50～80倍, 尺寸小, 横向效应小, 动态响 应好。但它有温度系数大, 应变时非线性比较严 重等缺点。
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电阻应变式传感器
对于金属材料的应变电阻以结构尺寸变化为主
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同样由 ：
dRdldAd R l A
对于半导体材料:
R dR 2
RR
E
Ks
半导体材料的应变灵敏系数Ks ：
K s12E
对于半导体材料存在 ：
E 12
对于半导体材料的应变电阻主要基于压阻效应
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总结: 电阻相对变化有两部分引起，一部分是 材料受力后的几何尺寸变化（应变）；一部分
金属丝式应变片
箔式应变片
薄膜应变片
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电阻应变片的灵敏系数
当应变片安装于试件表面时，只受轴线方 向的单位应力作用，灵敏系数k为：
k R / R x
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敏感栅通常有多条轴向纵栅和圆弧横栅
H k x ：——横向灵敏度 ky
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温度误差及补偿 a) 电阻温度系数的影响
敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系 可用下式表：
Rt=R0（1+0Δt）
式中: Rt——温度为 t ℃时的电阻值; R0——温度为t0℃时的电阻值; 0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t –t0
L
F
rF
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导体受拉力后的变化：
当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面积相应减小ΔA,电阻率将因晶格发生 变形等因素而改变Δρ, 故引起电阻值变化。
ΔL
L
F
rF
Δr
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其变化量为： dRdldAd （1-1-6） R l A
其中： dl/l——长度相对变化量，用轴向 应变ε表示为：
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电位器传感器的应用
电位器式传感器常用来测量位移、压力、加 速度等参量。
下图是电位器式位移传感器的结构图。被测 位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑 线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输 出电阻。
图3
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2 应变式传感器和压阻式传感器
一：工作原理 导体或半导体材料受到外界力作用时（拉力或
组成，当试件承受单向应力时，其表面处 于平面应变状态，即轴向拉伸 x,和横向收 缩y ，会引起的总电阻的变化。
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由轴向拉伸 x,和横向收缩y ，引起的总 电阻的变化为：
Rkxxkyykx(1 )x R
k k x ：——纵向灵敏系数；
y ：——横向灵敏系数
x ：——双向应变比 y
dl l
dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为 电阻丝的半径， dA = 2πr dr, 则
dA 2 dr Ar
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由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力 时，沿轴向伸长，沿径向缩短， 令dl/l=ε为金属电 阻丝的轴向应变，μ为电阻丝材料的泊松比，那么 轴向应变和径向应变的关系：
dE
E : ——半导体材料的弹性模量
π: ——半导体材料在受力方向的压力系数 ε: ——轴向线应变
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由：
dRdldAd
R l A
对于金属材料:
R dR RR
2
C12 Km
金属材料的应变灵敏系数Km ：
K m 1 2 C 1 2
对于金属材料存在 ： 1 2 C 1 2
压力），产生机械形变，导致输出电阻的变化。 一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为
R l
A
其中： ρ——电阻丝的电阻率; l——电阻丝的长度; A——电阻丝的截面积
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导体受拉力后的变化：
当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面积相应减小ΔA,电阻率将因晶格发生 变形等因素而改变Δρ, 故引起电阻值变化。
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2
电位器式传感器
图1
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3
电位器的结构
图2
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4
输出—输入特性
线性电位器：
Rx
R L
x （1-1-1）
UU
Ux
R
Rx
L
x （1-1-2）
其中：
L------电位器触点行程； x -----电位器电刷位移; U -----输入电压; Ux-----输出电压; Rx-----输出电阻;
电阻应变式传感器是基于应变电阻效应的电阻 式传感器。
其基本组成部件包括：应变片，测量电路，弹 性敏感元件等。
应变片是由金属或半导体制成的应变-电阻元件。 当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的
变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电 路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了 被测物理量的大小。
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电阻应变式传感器（照片）
A 拉力传感器
图4
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B 压力传感器
19Leabharlann 二、应变片的基本结构电阻应变片的结构：
引线
覆 盖层
基片
b
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l 电 阻丝 式 敏感 栅
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敏感栅是应变片的核心部分, 它粘贴在绝缘 的基片上, 其上再粘贴起保护作用的覆盖层, 两端焊接引出导线。金属电阻应变片的敏感 栅有三种: