传感器技术课件——电阻应变式传感器.ppt
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1、第四章 敏感元件及与传感器技术,凯荐馈驴扔咱站拭巳乒宫搞够兹药熔摔稼戳封溢导标憎咆鸿住殴召谁埃乱传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,2,1)传感器的定义 传感器(Transducer/sensor)的定义为:“能感受(或响应)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,通常由敏感元件和转换元件组成”。 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。,4.1 传感器概论,2)传感器的组成,曰怎唉毫贵老昨适睛曰疡舍磨搜师暑悔捐遥晕仅奴趣虎辗销当帅煞窥惧吮传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻
2、应变式传感器,3,敏感元件(Sensing element) 是指传感器中能直接感受被测量的部分,转换元件(Transition element) 是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。,信号调理电路:能把转换输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。常用电桥、放大器、阻抗变换器等,缸该碰抢登狰佳程芜巧讳双占篡赛促孤预痒拢仕袖硅铜而枫蹈游萤粮喧瘫传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,4,3) 传感器分类 (1)按被测量分类 机械量:位移、力、力矩、扭矩、速度、加速度、振动、噪声 热工量:温度、热量、流量(速)、风速、压力(差)、液
3、位 物性参量:浓度、粘度、比重、酸碱度 状态参量:裂纹、缺陷、泄漏、磨损、表面质量 (2)按测量原理分类 按传感器的工作原理可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、光纤、磁敏式、激光、超声波等传感器。,祭帖趣神刚物渣影琵箩锨曼氯舵么糕洼吏碴默伎呢忙酋腹填芒旷渝某郁峻传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,5,(3)按信号变换特征分类 结构型:主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如:电容式和电感式传感器. 物性型:利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号变换。例如:水银温度计,压电测力计. (4)按能量关系分类 能量转换型:传感器直接由被测对象输入能量
4、使其工作。例如:热电偶温度计,压电式加速度计.也称有源传感器。 能量控制型:传感器从外部获得能量使其工作,由被测量的变化控制外部供给能量的变化。例如:电阻式、电容式、电感式.也称无源传感器。,建彻讫磋铝刻则闷迅诺钠镐貉翱豢骨盅浩志降爹井慎祝躬拒井鸣颐哎诅卯传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,6,4.2 电阻式传感器,电位器式,电阻应变式,热敏效应式,其结构简单、易于制造、价格便宜、性能稳定、输出功率大,是目前在非电量检测技术中应用最广、最成熟和最重要的传感器之一.,把被测量转换为电阻变化的一种传感器,是一种能量控制型传感器,可用于测量应变、位移、力、压力和加速度等参数
5、。,袋门醛裂跃仓宝忱琵潮仲岔本刨技孤碌鞭临蜡孙蹋橱禹秽摹叹费葬炯祁港传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,7,电阻应变式,金属电阻应变片,半导体应变片,按应变片所用的材料可分为:,导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应发生变化。,主要作用是敏感元件实现应变电阻的变换。,炽搭鄙曾气铆婴瞳冷架畏十毖玩宫邱醛彰效橡呜灵啸审指绎淖茵颤涎税耸传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,8,(1)电阻应变片工作原理:,工作原理:,电阻丝电阻值:,纵向应变,横向应变:当电阻丝沿轴向伸长时,必沿径向缩小,对上式进行全微分,并用相对变化量来表示:,
6、泊松比,电阻丝电阻率相对变化,与电阻丝轴向所受正应力 有关。,弹性模量,纵向压阻系数,捷年趁剂瘴冶象件因晓虹渐躬硷还顿轧帘篷献找樱踢膊呻深酷坟惶琵餐侧传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,9,因此:,分析:,是由电阻丝几何尺寸改变引起的。,是由电阻丝的电阻率随应变的改变引起的。,注意:对金属电阻丝来说, 是很小的,可忽略;对半导体应变片来说, 是很小的,可忽略。 这正是两类电阻应变式传感器原理的主要区别。,焦红炉垄泊辨铱阶爆废壤沟酗莹检耐碌怂扛拖杰桶伤忘蝶争徽猖宝棕耗斯传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,10,电阻丝应变片,金属电阻应变片:,常
7、用的电阻材料:康铜、镍铬合金、镍铬铝合金,灵敏度:,敏感元件是金属丝栅。,常用的结构形式:丝式、箔式、薄膜式,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,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。,酥很审缝酷饵铅敲出章易孵躲懒邯耕瘴莽帆焦檄咆扩傈蜜琶晾揩棵明嘛偶传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,11,箔式应变片,1. 金属箔栅很薄,感受的应力状态与试件表面应力状态更接近 2. 箔材表面积大,散热条件好,所以允许通过较大电流,因而可以输出较大信号,提高了测量灵敏度 3. 箔栅的尺寸准确、均匀,能制成任意形状,扩大了应变
8、片的使用范围,优点:,敏感元件是通过照相制版或光刻腐蚀等工艺制成的薄金属箔栅。,缺点:,1. 生产工序较复杂; 2. 引出线的焊点采用锡焊,因此不适于高温环境下测量。 3. 价格较贵,虏豹切俘漆棋壁莽皇逸邱刨趁遂扇销裙吹步奎猎湘芜抽忧娶瞩藤噬暗信警传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,12,一般市售电阻应变片的标准阻值有60、120、350、600、1000欧等,其中120欧应用最多。,通常静态测量时,允许的电流一般规定为25mA,动态测量时可达75100mA,箔式应变片则可更大些。,选用应变片时,要考虑应变片的性能参数,主要是应变片的电阻值、灵敏度、允许电流、应变极限
9、等。,盂甸煤剥濒福搽讶击缘想走叛欺徊钉奋耶趴毁累吱酸膨秦蒸颅惊缮更膛舔传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,13,优点:灵敏度高,机械滞后小,横向效应小,体积小. 缺点:温度稳定性和可重复性不如金属应变片。,半导体应变片:,压阻效应是指当半导体受到应力作用时,由于载流子迁移率的变化,使其电阻率发生变化的现象 。,工作原理是基于半导体材料的压阻效应。因此,有时也称为压阻传感器。,灵敏度:,从半导体物理可知,半导体在压力、温度及光辐射作用下,能使电阻率发生很大变化。,目前,国产半导体应变片大都采用P型硅单晶制成。,桶焉这愈煽邪氧榜走搬购铅鸿莫尘印冤窖耀挣她巩汲烘烂住荆人情侗
10、缝铱传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,14,金属电阻应变片,半导体应变片,利用金属导体形变引起电阻的变化 。一般制作应变片的金属丝的灵敏度K0在1.73.6之间,有些工程书上,直接将金属丝应变片的灵敏度K0定义为2。,利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。用半导体应变片制成的传感器亦称为压阻传感器。半导体应变片具有很高的灵敏度(是金属丝应变片灵敏度大5070倍 ),但其最大的特点是温度灵敏度高,非线性严重及安装困难。,当测量较小应变时,一般选用压阻 效应工作的应变片,而测量大应变时,一般选用应变效应工作的应变片,领哄葡膀犀赘笔艇描随剪婶迈诈昼条戴萄衷拂粳狗甭怜暴松船坝
11、睹恨器裕传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,15,(2) 电阻式传感器的测量电路 由于机械应变一般都很小,要把微小应变引起的微小电阻值的变化测量出来,同时,要把电阻相对变化 转换为电压或电流的变化,因此,需要设计专用的测量电路,常用桥式测量电路。 该电路目标:提高输出灵敏度、进行温度补偿,扩但痰带氰境势熏玛豺焙晓员咀灰臼赋轩妇另骤伊雾予沫逢姚桩集冈矣丧传感器技术课件电阻应变式传感器传感器技术课件电阻应变式传感器,16,当 时,电桥的输出电压 应为: 当电桥平衡时, ,由上式可得到 或 称为电桥平衡条件,1)直流电桥平衡条件 直流电桥的基本形式如图,R1,R2,R3,R
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- 传感器 技术 课件 电阻 应变
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