PPT《第2章 电阻式传感器》

第2章 电阻式传感器 主讲:张坤第2章 电阻式传感器 电阻式传感器是将非电量的变化量,变换成与之有一定关系的电阻值的变化量,通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的.

电阻式传感器主要分为: 应变式电阻传感器(金属、半导体) 电位计(器)式电阻传感器 热敏式、光敏式、磁敏式、气敏式电阻传感器等. 2.1 金属电阻应变式传感器2.2 半导体应变片及压阻式传感器 前两种属于力敏传感器 应变物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象弹性应变当外力去除后,物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变弹性元件具有弹性应变特性的物体 2.1 金属电阻应变式传感器 是利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器工作原理:当被测物理量作用于弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形,产生相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,引起应变片的电阻值变化,通过测量电路变成电量输出.输出的电量大小反映被测量的大小.结构:应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成 2.1 金属电阻应变式传感器 2.1 金属电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是目前最广泛用于测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度、重量等参数的传感器之一.工作原理:基于材料的应变效应.

一、应变效应

二、电阻应变片的工作原理

三、电阻应变片的结构

四、测量电路

五、电阻应变式传感器的应用

一、应变效应 导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时,产生机械变形,机械变形导致其阻值变化,这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为 应变效应 . 导体或半导体的电阻 导体或半导体在受外力作用时会产生机械变形,从而使电阻率ρ、 长度 l 和截面积 S 这三者都发生变化,所以会引起电阻的变化.通过测量阻值的变化,就可以反映外界作用力的大小. 当受到拉力 F 作用时,将伸长Δl ,横截面积相应减小ΔS ,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值相对变化量为 式中,?l / l =ε为金属导体电阻丝的轴向应变,常用单位?? (1?? = 1*10-6 mm/mm ). 由于S = ? d

2 / 4,则?S / S =

2 ?d / d, 其中?d / d 为径向应变;

且由材料力学知, ?d / d = ??? ,式中?为金属材料的泊松比. 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化.灵敏系数受两个因素影响,一个是受力后材料几何尺寸的变化,即(1+2μ);

另一个是受力后材料的电阻率发生的变化,即?? /? /? . 应变灵敏系数: 对于金属材料,?? /? 较小,可以略去;

且? = 0.2~0.4(弹性范围),K ≈ 1+2? = 1.4~1.8 ,实际测得K ≈ 2.0,说明?? /? /? 项对 K 还是有一定影响.一般情况下,在应变极限内(弹性范围) ,金属材料电阻的相对变化与轴向应变成正比 在外力作用下,被测对象产生微小机械变形,粘贴在被测对象上的应变片随其发生相同的机械变形,同时,应变片电阻也发生相应变化.当测得应变片电阻值变化量ΔR 时,便可得到被测对象的应变值ε,根据应力和应变的关系,得到应力值σ 式中 σ――试件的应力;

ε――试件的应变;

E――试件材料的弹性模量(kg / mm2). 由此可知,应力值σ正比于应变ε,而试件应变又正比于电阻值的变化ΔR ,所以应力正比于电阻值的变化.这就是利用应变片测量应变的基本原理.