傳感器引言及(電阻式)

1、傳感器測量原理傳感器測量原理本次課學(xué)習(xí)要求：本次課學(xué)習(xí)要求：1.1.了解傳感器的分類了解傳感器的分類 2.2.掌握常用傳感器測量原理掌握常用傳感器測量原理3.3.了解傳感器測量電路了解傳感器測量電路工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)傳感器測量原理傳感器測量原理概述概述1. 1. 傳感器定義傳感器定義 傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。換成另一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)

2、換成電信號的裝置。號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。感受感受+轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換2. 2. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 1 1）敏感元件（）敏感元件（Sensitive elementSensitive element）：直接感）：直接感受或響應(yīng)被測量的部分。受或響應(yīng)被測量的部分。 2 2）轉(zhuǎn)換元件（）轉(zhuǎn)換元件（Transduction elementTransduction element）：將）：將感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)化成電信號的部分。感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)化成電信號的部分。 概述概述dV3. 3. 傳感器的分類傳感器的分類概述概述1)1)按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量機(jī)械量機(jī)械量

3、: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩 概述概述機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等流體式等. .2)2)按工作的物理基礎(chǔ)分類按工作的物理基礎(chǔ)分類: :應(yīng)變式電磁式 概述概述能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量

4、轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號變換特征按信號變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .概述概述4)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換實現(xiàn)

5、信號變換. .如如: :水銀溫度計水銀溫度計. .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .2 2 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器種傳感器, , 按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :變阻器式、電阻應(yīng)變式變阻器式、電阻應(yīng)變式（熱敏式、光敏式、電敏式）（熱敏式、光敏式、電敏式）.1 1 變阻器式傳感器變阻器式傳感器傳感器測量原理傳感器測量原理 等效電路分析等效電路分析: :xL3.2 電阻式傳感

6、器電阻式傳感器L-L-變阻器總長變阻器總長; ;x-x-電刷移動量電刷移動量. .R-R-總電阻總電阻; ; R RL L電刷電阻電刷電阻; ;EE1EELxEERRxLL11RE13.2 電阻式傳感器電阻式傳感器0 LEE1x無負(fù)載無負(fù)載3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器EE1V VRmRxR-Rx有負(fù)載有負(fù)載)1 (1LxRRxLEEm3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器)1 (1LxRRxLEEm負(fù)載效應(yīng)(1)(1)變阻器式傳感器的分類變阻器式傳感器的分類3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器按測量類型：按測量類型：單圈電位器單圈電位器多圈電位器多圈電位器直線滑動式電位器直線滑動式電位器3.2 電阻

7、式傳感器電阻式傳感器按制作方式：按制作方式：線繞電位器線繞電位器導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底普通塑料基底導(dǎo)電導(dǎo)電材料粉材料粉電刷電刷 KTC3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器(2) (2) 變阻器式傳感器的性能參數(shù)變阻器式傳感器的性能參數(shù): : 1) 1)線性線性( (或曲線的一致性或曲線的一致性); 4); 4)移動或旋轉(zhuǎn)角度范圍移動或旋轉(zhuǎn)角度范圍; ; 2) 2) 分辨率分辨率; 5); 5)電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù); ; 3) 3)整個電阻值的偏差整個電阻值的偏差; 6); 6)壽命壽命; ;變阻器式傳感器產(chǎn)品變阻器式傳感器產(chǎn)品3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：重量的

8、自動檢測重量的自動檢測-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較比較重量設(shè)定原材料原材料3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻案例：案例：煤氣包儲量檢測煤氣包儲量檢測煤氣包煤氣包鋼絲鋼絲3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器 -電阻電阻案例：案例：機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ）3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：電機(jī)原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻2 2 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)

9、變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著所受機(jī)械變形電阻值隨著所受機(jī)械變形( (伸長或縮短伸長或縮短) )的變化而發(fā)的變化而發(fā)生變化象。生變化象。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器1) 1) 工作原理工作原理上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化, ,求導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)數(shù)3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻R R為為AlR/dAldAAldlAdR2代入代入AlR/dRAdARldlRdR3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器dAdAldlRdR有：有：金屬絲：金屬絲：2rAdrdrl

10、dlRdR2金屬絲體積不變：金屬絲體積不變：ldlrdr3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器有：有：dRdR2對金屬材料，導(dǎo)電率不變：對金屬材料，導(dǎo)電率不變：)21(RdR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：應(yīng)變計3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器金屬應(yīng)變計金屬應(yīng)變計3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變計半導(dǎo)體應(yīng)變計drdrldlRdR2簡化為：簡化為：dRdRE 優(yōu)點：靈敏度大優(yōu)點：靈敏度大; ;體積小體積小; ; 缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。3) 3) 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) 4 4）其它表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、）其它

11、表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器1 1）幾何參數(shù)：表距）幾何參數(shù)：表距L L和絲柵寬度和絲柵寬度b b，制造廠常用，制造廠常用 b bL L表示。表示。2 2）電阻值：應(yīng)變計的原始電阻值。）電阻值：應(yīng)變計的原始電阻值。 3 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器3) 3) 應(yīng)變片測量電路應(yīng)變片測量電路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(324131423.2 電阻式傳感器電阻式傳感器E

12、RRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE4)21(RdR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：V V與應(yīng)變成線性關(guān)系，可以用電橋測量電壓測量應(yīng)變與應(yīng)變成線性關(guān)系，可以用電橋測量電壓測量應(yīng)變3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器EV4RRRRR43211）相鄰橋臂極性一致，輸出為二者之差，反之為二）相鄰橋臂極性一致，輸出為二者之差，反之為二者之和者之和VER1R2R3R42）相對橋臂極性一致，輸出為二者之和，反之為二）相對橋臂極性一致，輸出為二者之和，反之為二者之差者之差3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)電阻應(yīng)

13、變片的選擇、粘貼技術(shù) 1.1.目測電阻應(yīng)變片有無折痕目測電阻應(yīng)變片有無折痕. .斷絲等斷絲等 缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.2.用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值大用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值大 小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5歐姆歐姆. .3.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.4.應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片粘貼: :在應(yīng)變片基底上擠一小滴在應(yīng)變片基底上擠一小滴5025

14、02膠水，膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器5.5.焊線焊線: :用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng) 大于大于500M500M歐。歐。7.7.應(yīng)變片保護(hù)：用應(yīng)變片保護(hù)：用704704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止 受潮。受潮。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。3.2 電阻式