电阻式传感器 ppt课件

U
max
Umax
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一般情况下电位器接有负载，并且负载电阻和电位器电阻的比
值为有限值，带负载的电位器电路如下图所示。负载电阻为RL，此 时电位器输出电压U L为：
ULUm axRLRm ax RR xR xR Lm axRx2
可见，输出电压UL与位移X呈非线 性关系。只有当RL=∞时，输出电压UL 与位移X间才是线性关系。
设有一长度为L、截面积为A、 半径为r、电阻率为的金属单丝，
它的电阻值R可表示为：
R l l A r2
当导体受轴向力F拉伸（或压缩）时，其l, A和ρ均
发生变化。因而电阻随之变化。由上式可得电阻的相对变
化dR为：
dRdl ddA
Rl A
dl 上式中 l
称为轴向线应变（纵向应变），常用单位为微
应变。 1=10-6mm/mm。
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应变式电阻传感器的核心元件是电阻 应变片。金属电阻应变片由敏感栅（电 阻丝）、基片（底）、覆盖层和引线等 部分组成。
① 敏感栅是转换元件，由金属丝或金属箔制成，它被粘 贴在基体上，通过基体把应变传递给它。 ② 基底起绝缘及保持敏感栅、引线的几何形状和相对位 置的作用，厚度一般为0.02~0.05mm。 ③ 覆盖片（保护层）起保护敏感栅作用。 ④ 引出线焊接于敏感栅两端，作连接测量导线之用。 粘结剂将敏感栅、基底、覆盖片粘接在一起。常用的粘 结剂类型有硝化纤维素型、氰基丙稀酸型、聚酯树脂型、 环氧树脂型和酚醛树脂型等。
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3.电位器式传感器应用
任务1：直滑式电位器控制气缸活塞行程
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应用2：
wenku.baidu.com13
应用3：机器人
机器人
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
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第二节 应变式传感器
应变式电阻传感器是目前用于测量力、压力、力矩、位移、应 变、加速度、质量等参数最为广泛的传感器之一。它是基于电阻应 变效应制造的一种测量微小机械变量的传感器。
应变式电阻传感器有金属丝、金属箔式、薄 膜式和半导体式等几种。应变式电阻传感器性能 稳定、精度较高。可作为高精度测量传感器，前 三种应变式电阻传感器的灵敏度较低。
金属丝式
金属箔式
半导体式 15
柱式
S形拉压式
桥式
悬臂梁式
轮辐式 16
电阻应变片的结构：
3
1-敏感元件；2-保护层； 3-引线；4-基底。
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由A= r2
dA 2 dr Ar
，根据材料力学中的泊松
效应，对于弹性材料在弹性范围内的横向应变(dr/r)与纵
向应变(dl/l)之比为常数，
松比。
dr/ r dl /l
dr / r
dl /l
；
泊
根据上式，电阻丝的应变效应为：
d R Rd 212d
上式，说明应变片电阻变化率是几何效应（1+2μ）项和压阻 效应dρ/ρ项综合的结果。
教材的本章内容包括： 第一节 电位器式传感器 第二节 应变式电阻传感器（重点）
（原理、结构、特性、转换电路、应用等） 2.3 压阻式传感器（简单介绍，与应变式比较）
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各种常用的电阻式传感器
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2.教学任务和经典应用案例：
任务1：直滑式电位器控制气缸活塞行程
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2.灵敏度系数
灵敏度系数的物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。
① 对于金属材料，由于压阻效应极小，即dρ/ρ﹤﹤1因
此有：
dR 12
R
当金属材料确定后，应变片的电阻变化率取决于材料 的几何形状变化，其灵敏度系数为：
KdR/ R12
金属材料的电阻相对变化与电阻丝轴向应变成正比。
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② 对于半导体， 由于dρ/ρ项的数值远比（1+2μ）ε
项大，即半导体电阻变化率取决于材料的电阻率变化，因
此： dR/Rd/
依半导体材料的压电电阻效应可知：
d
E
由此可得半导体应变片电阻变化率的表达式为：
灵敏度系数为：
dR E
R
K dR/ R E
③ 常用的应变片灵敏度系数大致是：金属导体应变片约
第2章 电阻式传感器
概述 教学任务和经典应用案例 第一节 电位器式传感器 第二节 应变式传感器
第三节 压阻式传感器
电阻式传感器的应用
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1.概述
电阻式传感器是一种能被被测量(如位移、力、压力、扭矩、
加速度等)的变化转换成敏感元件电阻的变化，再通过变换电路转 换为相应电压或电流信号输出的一种传感器。它的种类较多，有 电位器式。应变式。压阻式、热阻、热敏、气敏、湿敏等多种。 一般来说，电阻式传感器的结构简单，性能稳定，灵敏度较高， 有的还使用于动态测量。
任务2：电子台秤的重量检测
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日常生活中常用的电子秤
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根据电子台秤的称重范围及使用要求，选 用悬臂梁式电阻应变传感器作为测力传感器。
结构示意图
内部结构
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第一节 电位器式传感器
1.常见电位器式传感器
2. 电位器式传感器工作原理
导体的电阻R可表示为：
R L A
由上式可见：在均质导体中，电阻与其长度 成正比。
若把它当作分压器使用，假定加在电位器A、C之间的电压为
Umax，则空载输出电压为：
Ux
x xmax
U max
(2)、角度式（旋转式）电阻器
右图所示为电位器式角度传感器。其中1为电
阻丝；2为滑臂；3为骨架。作变阻器使用时，电阻
Rα与角度α的关系为：
R R
max
max
图 电位器式角度传感器原理图
作分压器使用时，空载输出电压Uα与角度α的关系为 :
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(1)、直线式（滑线式）电阻器
1—电阻丝；2—骨架；3—滑臂
图 电位器式传感器原理图
如果把它作为变阻器使用，假定全长为xmax的电位器其总电阻
为Rmax，电阻沿长度均匀分布，则当滑臂由A向C移动x后，A点到电
刷间的阻值为：
x
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Rx xmax Rmax
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为2左右，半导体应变片约为100~200.
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3.测量原理
在外力作用下，被测对象产生微小机 械变形，应变片随着发生相同的变化，同 时应变片电阻值也发生相应变化。当测得 应变片电阻值变化量R时，便可得到被测 对象的应变值。根据应力与应变的关系，
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一、应变式传感器工作原理
应变效应
金属导体或半导体材料在受到外力的作用时，会产生 相应的机械变形（又称应变），其电阻值也将随之发生变 化，这种现象称为应变效应。用具有应变效应的细导体做 成的电阻称为电阻应变片。
电阻应变式传感器主要由电阻应变片和测量转换电路 等组成。
1.电阻应变片工作原理
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1.电阻应变片工作原理