4模拟量位移传感器与位移的测试.

应用：主要用来测量线位移、角位移等。
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2 电阻应变式传感器--应变片
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效 应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其 电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发 生变化的现象。
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1) 工作原理
金属应变片的电阻R为
•1 变阻器式传感器（电位器式位移传感器）
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1）等效电路分析:
•L-变阻器总长; •x-电刷移动量.
B
C
A
L
x
C点与A点电阻：
Rx Rl x
Rl-单位长度电阻值
灵敏度：
dR S kl dx
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传感器的输出（电阻）与输入（位移）成线性关系
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模拟量传感器
R l / A
l
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR dl 2 dA d A A A R l / A

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dl dA d dR R R R l A
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有：
dR dl dA d R l A
A r
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应变计
②结构（由高电阻率的金属丝绕成敏感栅，与基底、 覆盖层和引线等组成。）
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分丝式和箔式，有单轴，多轴（应变花)等多种类型
• 应变片阻值一般有60、90、120、200、300、500、 1000Ω等。
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2）半导体应变片
基于半导体材料的压阻效应：半导体材料沿某一轴向受到 外力作用时，电阻率发生变化。（或者温度、光辐射）
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金属丝：
dR dl 2dr d R l r
金属丝体积不变：
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dr dl r l
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有：
dR d 2 R
金属丝应变片：
对金属材料，导电率不变：
dR (1 2 ) R
dR / R S 1 2 常数 dl / l
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4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
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4.2 电阻式传感器
• 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一 种传感器, • 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、 热敏式、光敏式、电敏式.
dR d (1 2 ) R
dR d 简化为： E R
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对半导体来说，(1 2 ) 由几何尺寸引起， (1 2 )
d

压阻系数；
E 弹性模量
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灵敏度：
其中：E 1 2 , 故灵敏度高
S
dR / R
+ Vo R
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ+ 2R
R
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2）分类
单圈电位器（一般用于音量控制) 多圈电位器（精密调节电路中)
直线滑动式电位器
(一般用于电视机、音响中作音量 控制或均衡控制)
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3）优点：
•结构简单，性能稳定；
•受环境温度影响小；
•缺点:
•受骨架尺寸和导线直径限制，分辨率很难高于20um； •磨损影响使用寿命，有较大噪声，降低可靠性，绕制困 难，测量变化缓慢的物理量。
4.1 概述
传感器 能感受规定的被测量并按一定的规律 转换成可用的输出信号的器件或装置。 通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器(狭义的) 将非电量并按一定的规律 转换成电量的器件或装置。 通常由敏感元件和基本转换电路组成。 位 移 位移是一种向量，它表示物体（或物体上某一点） 在一定方向上的位置变动。 位移分为线位移和角位移两种。
电位器测位移
E E V 0 r mx kx R R
V0 E R ( mx ) R 2
E
R +
VO
E
R
V0
E 2
R3 R2 V 0 E( ) R 3 R 4 R 2 R1
+
V0
E
R1R2 R1 R2 R3 R4 ( ) 2 ( R1 R2 ) R1 R2 R3 R4
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4.1 概述
1. 传感器定义 传感器是能感受规定的被测量并按一定的规 律转换成可用的输出信号的器件或装置 。 物理量 电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
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2. 传感器的构成
传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件 的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、 阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
机电工程测试技术
机电工程学院 工程测试技术教研组 王琨琦
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工程测试技术
4.模拟量位移传感器 与位移的测试
4.1 概述 4.2 电位器测位移
4.3 电阻应变式传感器测位移
4.4 电感式传感器测位移
4.5 电容式传感器测位移
4.6 模拟量位移传感器测位移小结
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模拟量传感器
E
（是金属丝灵敏度的50－70倍）
• 优点：灵敏度高;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
金属丝电阻应变片——利用导体形变引起电阻变化； 半导体应变片——利用半导体材料的电阻率变化引起电阻 变化。
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3）应变片的主要参数
d
V
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3. 传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
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2)按工作的物理基础分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等.
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3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
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