电阻式传感器应变式精.ppt

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1、电阻式传感器应变式第1页，本讲稿共31页压力检测压力检测物理学中的物理学中的“压强压强”=检测学中的检测学中的“压力压力”在工业生产和日常生活中所提到的压力绝大在工业生产和日常生活中所提到的压力绝大多数指的是表压，生产中所使用的压力表绝大多多数指的是表压，生产中所使用的压力表绝大多数都属于表压传感器，而计量领域多使用绝对压数都属于表压传感器，而计量领域多使用绝对压力传感器。力传感器。第2页，本讲稿共31页内容导航内容导航压电式传感器压电式传感器1电阻应变式传感器电阻应变式传感器2电容式传感器电容式传感器3霍尔式传感器霍尔式传感器4第3页，本讲稿共31页内容导航内容导航工作原理工作原理1应变片结

2、构和粘贴应变片结构和粘贴2测量电路测量电路3应变式传感器的应用应变式传感器的应用4第4页，本讲稿共31页应变式传感器的组成应变式传感器的组成弹性元件弹性元件应变片应变片测量电路测量电路核心核心受力后产生机受力后产生机械变形械变形将机械变形转将机械变形转换成电阻变化换成电阻变化将电阻的变化转将电阻的变化转换为易于处理的换为易于处理的电压量输出电压量输出第5页，本讲稿共31页应变片的结构应变片的结构第6页，本讲稿共31页应变片的分类应变片的分类应变片金属应变片半导体应变片箔式金属丝式薄膜式第7页，本讲稿共31页箔式应变片的外形箔式应变片的外形第8页，本讲稿共31页主要特性及参数主要特性及参数初始电

3、阻值初始电阻值R0：应变片粘贴前在温室下测定的电阻值。：应变片粘贴前在温室下测定的电阻值。允许工作电流允许工作电流：允许通过应变片而不影响其工作特性的：允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流。（厂家指定）最大电流。（厂家指定）应变极限应变极限：是应变片所能测量的最大应变值。：是应变片所能测量的最大应变值。第9页，本讲稿共31页应变片的粘贴应变片的粘贴应变片应变片粘贴粘贴6.引线焊接与防护引线焊接与防护1.试件表面处理试件表面处理5.粘贴质量检查粘贴质量检查4.固化固化2.确定贴片位置确定贴片位置3.粘贴粘贴第10页，本讲稿共31页工作原理工作原理电阻应变电阻应变效应效应 导体或半导体材料在

4、外界力的作用下，会产生机导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为电阻应变效应。为电阻应变效应。第11页，本讲稿共31页工作原理工作原理 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l变长、变长、r变小，导致变小，导致R变大变大。第12页，本讲稿共31页工作原理工作原理 当沿当沿导导体或半体或半导导体的体的长长度方向作用均匀拉力（或度方向作用均匀拉力（或压压力）力）时时，上式，上式中中、r、l都将都将发发生生变变化，从而化，从而导导致致电电阻阻值值R发发生生变变化。化。金属导体应变片，受力后阻值变化主要由轴向几何尺寸变化

5、所引起的。金属导体应变片，受力后阻值变化主要由轴向几何尺寸变化所引起的。半导体应变片，受力后阻值变化主要由电阻率变化所引起的。半导体应变片，受力后阻值变化主要由电阻率变化所引起的。实验证明，无论是金属应变片还是半导体应变片，其电阻相对变化量实验证明，无论是金属应变片还是半导体应变片，其电阻相对变化量 R R与材料力学中的轴向应变与材料力学中的轴向应变 x的关系在很大范围内是线性的，即的关系在很大范围内是线性的，即 K电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度（半半导导体体应应变变片片灵灵敏敏度度比比导导体体灵灵敏敏度度大大几几十十倍）倍）第13页，本讲稿共31页应变片用于测量力应变片用于测量力F F

6、 的计算公式的计算公式 由由材材料料力力学学可可知知，x=F/（AE），所所以以 R/R又又可可表表示示为为 如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K K 和试件的横截面积和试件的横截面积A A以及弹性模以及弹性模量量均为已知，则只要设法测出均为已知，则只要设法测出 R R/R R的数值，即可获知的数值，即可获知试件受力试件受力的大小。的大小。思考：如何判断应变片的受力情况？思考：如何判断应变片的受力情况？第14页，本讲稿共31页由于 根据应用要求的不同，可接入不同数目的电阻应变片，一般分为下面几种形式的电桥：测量电路测量电路-电桥电桥第15页，本讲稿共31页测量电路测量电路-单臂电桥单臂电桥应

7、变片受拉力，应变片受拉力，为正为正应变片受压力，应变片受压力，为负为负第16页，本讲稿共31页测量电路测量电路-双臂电桥（半桥）双臂电桥（半桥）第17页，本讲稿共31页测量电路测量电路-全桥电路全桥电路 上述三种工作方式中，上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿能实现温度自补偿。为什么要对应变为什么要对应变片进行温度补偿片进行温度补偿？第18页，本讲稿共31页全桥的温度补偿原理全桥的温度补偿原理 当环境温度升高时，当环境温

8、度升高时，桥臂上的应变片温度同桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。样能克服温漂。第19页，本讲稿共31页应应 用用各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆电缆第20页，本讲稿共31页应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 第21页，本讲稿共31页应变式荷重传感器的外形应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置及应变片的粘贴位置FR1R2 R4第22页，本讲稿共31页荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 荷重传

9、感器荷重传感器上的应变片在重上的应变片在重力作用下产生变力作用下产生变形。轴向变短，形。轴向变短，径向变长。径向变长。第23页，本讲稿共31页电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印超市打印秤秤远距离显示远距离显示第24页，本讲稿共31页人体秤人体秤 第25页，本讲稿共31页 电位器传感器又称为变阻式传感器。它们是由电位器传感器又称为变阻式传感器。它们是由电阻电阻丝、骨架及电刷丝、骨架及电刷(活动触点活动触点)三个基本部分组成。三个基本部分组成。电刷相对于电阻丝的运动可以是电刷相对于电阻丝的运动可以是直线直线运动和运动和螺旋螺旋运运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关动，因而可以将直线位

10、移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。系的电阻或电压输出。还可以测量一切可以转换为位移的其它物理量参数，还可以测量一切可以转换为位移的其它物理量参数，如压力、加速度等。如压力、加速度等。电位器式传感器电位器式传感器第26页，本讲稿共31页工作原理工作原理当 时，电压输出Uo为：第27页，本讲稿共31页 电位器式位移传感器是基于电阻分压比原理来进行位电位器式位移传感器是基于电阻分压比原理来进行位移测量的，用于直线位移的测量，最大行程可达移测量的，用于直线位移的测量，最大行程可达500mm。由于滑动触点与导电塑料和引出轨道之间。由于滑动触点与导电塑料和引出轨道之间相互接触，易磨损。相互接触，易磨损。所以电位器式位移传感器适用于位移变化不是很频繁的场所以电位器式位移传感器适用于位移变化不是很频繁的场合。合。注意事项注意事项第28页，本讲稿共31页小小 结结电阻应变效应电阻应变效应应变片结构及作用应变片结构及作用测量电路测量电路应用应用电位器传感器的结构与原理电位器传感器的结构与原理第29页，本讲稿共31页作作 业业1、请将图中、请将图中8个工作应变片连接成全个工作应变片连接成全桥电路（只需画出电桥电路）桥电路（只需画出电桥电路）2、简述什么是电阻应变效应？、简述什么是电阻应变效应？第30页，本讲稿共31页第31页，本讲稿共31页