【精品】传感器与检测技术ppt课件第二章资料重点
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
2020/10/4
10
2.2 应变式电阻传感器
2.2.1 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。
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。
2020/10/4
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
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。
2020/10/4
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。
2020/10/4
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
源自文库
的阻值没有变化（即
ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输出电
压为
Uo
Ui 4
R R
灵敏度为 K Ui 4
2020/10/4
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
2020/10/4
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。
2020/10/4
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。
2020/10/4
29
2.2.6 应变式测力传感器
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。
2020/10/4
8
2.1.3 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
2020/10/4
9
2.1.4 电位器式位移传感器
2020/10/4
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
2020/10/4
17
2.2.4 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。
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 R l
2020/10/4
s
11
2.2.2 电阻应变片的种类、材料及 黏贴
电阻丝式应变片基本结构
2020/10/4
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
U0
R1
R1
R4 R2
R2
R3
R3 R4
U
2020/10/4
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
R3 R3
R4 R4
)
2020/10/4
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
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
2020/10/4
5
2020/10/4
6
2.1.2 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。
2020/10/4
7
2.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
阶梯特性及误差
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
2020/10/4
3
2.1.1 电位器式电阻传感器的原理
1．线性电位器式传感器
2020/10/4
应变式传感器由弹性元件、应变片、附件等组 成。主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、
1.自补偿法 2. 线路补偿法
2020/10/4
18
2.2.5 测量电路
1.直流电路 2.交流电桥
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。
2020/10/4
19
1.直流电桥电路
12
2020/10/4
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
2020/10/4
14
Rl s
2020/10/4
15
2.2.3 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
第2章 电阻式传感器
2020/10/4
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。
2020/10/4
2
2.1 电位器式电阻传感器
Uo
Ui 2
R R
灵敏度为
K Ui 2
线性关系，温度补偿等优点。
2020/10/4
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
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。
2020/10/4
10
2.2 应变式电阻传感器
2.2.1 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。
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。
2020/10/4
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
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。
2020/10/4
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。
2020/10/4
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
源自文库
的阻值没有变化（即
ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输出电
压为
Uo
Ui 4
R R
灵敏度为 K Ui 4
2020/10/4
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
2020/10/4
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。
2020/10/4
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。
2020/10/4
29
2.2.6 应变式测力传感器
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。
2020/10/4
8
2.1.3 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
2020/10/4
9
2.1.4 电位器式位移传感器
2020/10/4
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
2020/10/4
17
2.2.4 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。
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 R l
2020/10/4
s
11
2.2.2 电阻应变片的种类、材料及 黏贴
电阻丝式应变片基本结构
2020/10/4
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
U0
R1
R1
R4 R2
R2
R3
R3 R4
U
2020/10/4
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
R3 R3
R4 R4
)
2020/10/4
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
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
2020/10/4
5
2020/10/4
6
2.1.2 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。
2020/10/4
7
2.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
阶梯特性及误差
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
2020/10/4
3
2.1.1 电位器式电阻传感器的原理
1．线性电位器式传感器
2020/10/4
应变式传感器由弹性元件、应变片、附件等组 成。主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、
1.自补偿法 2. 线路补偿法
2020/10/4
18
2.2.5 测量电路
1.直流电路 2.交流电桥
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。
2020/10/4
19
1.直流电桥电路
12
2020/10/4
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
2020/10/4
14
Rl s
2020/10/4
15
2.2.3 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
第2章 电阻式传感器
2020/10/4
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。
2020/10/4
2
2.1 电位器式电阻传感器
Uo
Ui 2
R R
灵敏度为
K Ui 2
线性关系，温度补偿等优点。
2020/10/4
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