《電阻應變傳感器》教學課件

《電阻應變傳感器》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《電阻應變傳感器》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習要求1、掌握電阻應變片的工作原理2、掌握電阻應變式傳感器的檢測方法3、熟悉不同種類直流電橋的輸出特點4、熟悉電阻應變式傳感器的典型應用5、學習和掌握電阻應變傳感器的創(chuàng)新應用學習要求1、掌握電阻應變片的工作原理2、掌握電阻應變式《電阻應變傳感器》教學課件

電阻應變式傳感器是將被測量的應力（壓力、荷重、扭力等）通過所產生的金屬彈性形變轉換成電阻變化的檢測元件。

它由電阻應變片和測量線路兩部分組成。目前應用最廣泛的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片。LFF第一節(jié)電阻應變片電阻應變式傳感器是將被測量的應力（壓力、荷重、扭力等）各種金屬應變片花各種金屬應變片花1.1應變電阻效應

導體產生機械變形時，電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應變電阻效應”。

金屬絲受力拉長，截面積S變小，由 知，R將增大。∴即徑向應變∵測量相對誤差：1.1應變電阻效應導體產生機械變形時，電阻值發(fā)生變化

金屬導線在受應力拉長或縮短的時候,不僅長度要變,面積也要發(fā)生變化。其電阻的變化如何計算？金屬導線在受應力拉長或縮短的時候,不僅

由材料力學知：橫向應變與縱向應變

的關系可以用泊松系數(shù)

來描述：∴應變靈敏系數(shù)由材料力學知：橫向應變與縱向應變∴應變靈敏系數(shù)

要制成電阻應變片，用單一金屬絲難以實現(xiàn)，所以用金屬絲繞制。如用直徑為0.015～0.05mm的細金屬絲繞成柵網狀，并粘貼在絕緣的基片上，兩側由引線接出，線柵上再覆蓋一層絕緣保護膜。一般線柵面積為310mm2,阻值為60～150

對于大多數(shù)金屬材料，泊松系數(shù)所以ks的數(shù)值在1.4～4.8之間，一般取ks為2（應變片的靈敏度）左右。利用這種效應制成傳感器，即為電阻應變片。要制成電阻應變片，用單一金屬絲難以實現(xiàn)，所以用金屬絲繞制結構及材料金屬絲電阻應變片的典型結構見圖。它主要由粘合層1、3，基底2、蓋片4，敏感柵5，引出線6構成。結構及材料1.2

環(huán)境溫度對測量的影響

造成應變片測量誤差的因素很多，測量時要加以考慮。其中環(huán)境溫度的影響是首要的誤差。而當應變金屬絲受環(huán)境溫度影響時，有：RT＝RT0[1+T（T－T0）]溫度系數(shù)T＝4.28×10-3/℃溫度變化1℃時，RT＝RT0（1+T），即，R/R＝(RT－RT0)/RT0=2×2140比較R/R＝ksl=2l（假設KS＝2）環(huán)境溫度變化1℃相當于引起2140的應變，必須解決。一般l應變單位為幾百～幾千(1×10-6)1.2環(huán)境溫度對測量的影響造成應變片測量誤差的因素1.3溫度補償措施1應變片補償法

將兩個特性相同的應變片，用同樣的方法粘貼在同樣材質的兩個器件上，置于相同的溫度中，承受應力的為工作片，不受應力的為補償片。

測量時，如溫度變化兩個應變片引起的電阻增量不但符號相同，而且數(shù)量相同，根據電橋平衡條件R1R4＝R2R3，電橋必然保持平衡。應變片R1—測量元件應變片R2—溫度補償元件R1R2R3R4U01.3溫度補償措施1應變片補償法將兩個特性相同的應變片2應變片自補償

使用特殊的應變片，使其溫度變化的電阻增量等于零或相互抵消，從而不產生測量誤差。

這是利用某些電阻材料的溫度系數(shù)有正負特性，將這兩種不同的電阻絲串聯(lián)成一個應變片來實現(xiàn)的溫度補償，其條件是這兩段電阻絲柵隨溫度變化而產生的電阻增量大小相等，方向相反。即或，

這種溫度補償方法給應變片的應用帶來了方便，但不易達到理想的效果，而且成本較高。2應變片自補償使用特殊的應變片，使其溫度變化的電阻增量3熱敏電阻補償法

將熱敏電阻Rt置于應變片相同的溫度下，可以進行溫度補償，有下列多種方式：UBTR1RtU0不變TR1RtU0不變R1R2R3R4RtU0R1R2RtR3U0B3熱敏電阻補償法將熱敏電阻Rt置于應變片相同的溫度下，2.1電橋概述1〉電橋工作原理平衡條件：R1R2R3R4USU0第二節(jié)基本測量電路——電橋電路2.1電橋概述1〉電橋工作原理平衡條件：R1R2R3R4US2〉電橋分類按輸入電源分：直流電橋、交流電橋、恒壓源電橋、恒流源電橋按被測電阻的接入方式分：—四個橋臂中只有一個橋臂是敏感元件，其它均為電阻；—四個橋臂中有兩個敏感元件是相鄰橋 臂，這兩個敏感元件在測量對象中， 阻值變化大小相等，方向相反；—四個橋臂中兩個敏感元件是相對橋 臂，變化大小相對，方向相同。單臂電橋差動電橋相對臂電橋雙差動電橋--四個敏感元件，分成大小相等、方向相反的兩對。2〉電橋分類按輸入電源分：直流電橋、交流電橋、恒壓源電橋、恒按橋臂電阻的配備方式分：串聯(lián)對稱電橋(第一類對稱電橋)并聯(lián)對稱電橋(第二類對稱電橋)等臂電橋按電橋的工作方式分：平衡電橋不平衡電橋R1R2R3R4USU0a)對稱電橋R1＝R2,R3

＝R4R1＝R3，R2＝R4R1＝R2＝R3

＝R4b)不對稱電橋不滿足上述條件的電橋滿足R1R4＝R2R3又稱“全對稱電橋按橋臂電阻的配備方式分：串聯(lián)對稱電橋(第一類對稱電橋)并聯(lián)對2.2不平衡單臂電橋的工作特性單臂R1為敏感元件變化的電橋輸出為：對串聯(lián)對稱電橋：由R1=R2,R3=R4,得由(Q是微小量)可展成泰勒級數(shù)：所以得：2.2不平衡單臂電橋的工作特性單臂R1為敏感元件變化的電橋忽略后一項2/8，得理想輸出電橋電壓靈敏度：非線性度：可見，輸入量變化越大，非線性誤差越大。若要求電橋誤差小于0.03，即f≤3％則允許最大值為0.06（最大的測量范圍）其結論同全對稱電橋。忽略后一項2/8，得理想輸出電橋電壓靈敏度：非線性度：可見2.3差動電橋的工作特性

設：且則靈敏度比單臂電橋高一倍線性度R1和R2為敏感元件2.3差動電橋的工作特性設：且則靈敏度比單臂電橋高一倍2.4雙差動電橋的工作特性靈敏度比差動電橋高一倍線性度

設：均為敏感元件R1＝R2＝R3＝R4且2.4雙差動電橋的工作特性靈敏度比差動電橋高一倍線性度2.4相對臂電橋的工作特性設得靈敏度較高，但非線性誤差較大，常用于極性顯示。2.4相對臂電橋的工作特性設得靈敏度較高，但非線性誤差較大2.5提高不平衡電橋輸出線性度的方法2電橋輸出端串接一大阻值的電阻RLR1R2R3R4USU0RLIoU0R0RLIo當RL>>R0電橋輸出電阻1采用差動電橋工作方式（前面已述）2.5提高不平衡電橋輸出線性度的方法2電橋輸出端串接一大阻3采用恒流源供電方式等臂電橋：若R1為敏感元件，有：R2R4R1R3ISUososUU4e=線性度：理想輸出：靈敏度：若US＝RIS供電，靈敏度近似不變，非線性誤差為

/2。3采用恒流源供電方式等臂電橋：若R1為敏感元件，有：R2R44采用有源電橋方式由得

有源電橋的輸出在較小范圍內為線性，靈敏度較等臂電橋提高一倍，輸出信號的極性與無源電橋相反。RRRR+REoUs同相輸入反相輸入4采用有源電橋方式由得有源電橋的輸出在較小范圍內為2.6電橋調零

原被測量的總元件無變化時，輸出量應為零。即滿足。若不平衡，則須調零。一般有兩種調零方式：串聯(lián)調零

應用于R1、R2值較大的場合，此時，RW越小，對傳感器靈敏度的影響越小。USR1R2R3R4U0RW2.6電橋調零原被測量的總元件無變化時，輸出量應為零并聯(lián)調零

該方式應用于橋臂電阻R2、R4值較小的場合。此時，Rw越大，對橋路影響越小。R1R2R3R4USU0RW并聯(lián)調零該方式應用于橋臂電阻R2、R4值較小的場合。2.7交流電橋Z1Z2Z3Z4～

采用交流電源供電的電橋稱為“交流電橋”。設Z1＝z1ej1Z2＝z2ej2Z3＝z3ej3Z4＝z4ej4交流電橋平衡的條件是：Z1Z4＝Z2Z3z1z4＝z2z31＋4＝2＋3交流電橋的調零要調兩個參數(shù)。2.7交流電橋Z1Z2Z3Z4～采用交流電源設第三節(jié)電阻應變片傳感器的應用第三節(jié)電阻應變片傳感器的應用(1)力及扭矩的測量柱式轉換法差動法R1受縱向力變化R2受橫向力變化FFFR1R2環(huán)狀法FF在拉力作用下，內環(huán)拉長，外環(huán)壓縮，可構成雙差動電橋，靈敏度比差動電橋提高一倍。第三節(jié)電阻應變片傳感器的應用(1)力及扭矩的測量柱式轉換法差動法R1受縱向力變化R2受橫幾種梁式傳感器外形幾種梁式傳感器外形(2)加速度的測量根據F=ma測得F便可以得到a。maF(3)流體壓力的測量測量原理：壓力位移應力(2)加速度的測量根據F=ma測得F便可以得到a。maF(3《電阻應變傳感器》教學課件應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置R1R2

R4應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置R1R2R4應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF汽車衡汽車衡汽車衡汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)汽車衡稱重系統(tǒng)電子天平電子天平的精度可達十萬分之一電子天平電子天平的精度可達十萬分之一人體秤

人體秤吊鉤秤

便攜式吊鉤秤便攜式應變式數(shù)顯扭矩扳手

可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。應變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、材料應變的測量斜拉橋上的斜拉繩應變測試

材料應變的測量斜拉橋上的斜拉繩應變測試臂力測量肺活量測量走步測量動腦筋想想電阻應變傳感器還有什么應用？司機瞌睡監(jiān)測報警臂力測量肺活量測量走步測量動腦筋想想電阻應變傳感器還有什么應電阻應變傳感器系列電阻應變傳感器系列第四章小結1、掌握電阻應變傳感器的工作原理和應用技巧溫度補償、調零方法、減小非線性方法等等。2、單臂對稱電橋、差動電橋和雙差動電橋的輸出特點靈敏度和非線性誤差3、電阻應變傳感器的典型應用和創(chuàng)新應用第四章小結1、掌握電阻應變傳感器的工作原理和應用技巧《電阻應變傳感器》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《電阻應變傳感器》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習要求1、掌握電阻應變片的工作原理2、掌握電阻應變式傳感器的檢測方法3、熟悉不同種類直流電橋的輸出特點4、熟悉電阻應變式傳感器的典型應用5、學習和掌握電阻應變傳感器的創(chuàng)新應用學習要求1、掌握電阻應變片的工作原理2、掌握電阻應變式《電阻應變傳感器》教學課件

電阻應變式傳感器是將被測量的應力（壓力、荷重、扭力等）通過所產生的金屬彈性形變轉換成電阻變化的檢測元件。

它由電阻應變片和測量線路兩部分組成。目前應用最廣泛的電阻應變片有兩種：電阻絲應變片和半導體應變片。LFF第一節(jié)電阻應變片電阻應變式傳感器是將被測量的應力（壓力、荷重、扭力等）各種金屬應變片花各種金屬應變片花1.1應變電阻效應

導體產生機械變形時，電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應變電阻效應”。

金屬絲受力拉長，截面積S變小，由 知，R將增大?！嗉磸较驊儭邷y量相對誤差：1.1應變電阻效應導體產生機械變形時，電阻值發(fā)生變化

金屬導線在受應力拉長或縮短的時候,不僅長度要變,面積也要發(fā)生變化。其電阻的變化如何計算？金屬導線在受應力拉長或縮短的時候,不僅

由材料力學知：橫向應變與縱向應變

的關系可以用泊松系數(shù)

來描述：∴應變靈敏系數(shù)由材料力學知：橫向應變與縱向應變∴應變靈敏系數(shù)

要制成電阻應變片，用單一金屬絲難以實現(xiàn)，所以用金屬絲繞制。如用直徑為0.015～0.05mm的細金屬絲繞成柵網狀，并粘貼在絕緣的基片上，兩側由引線接出，線柵上再覆蓋一層絕緣保護膜。一般線柵面積為310mm2,阻值為60～150

對于大多數(shù)金屬材料，泊松系數(shù)所以ks的數(shù)值在1.4～4.8之間，一般取ks為2（應變片的靈敏度）左右。利用這種效應制成傳感器，即為電阻應變片。要制成電阻應變片，用單一金屬絲難以實現(xiàn)，所以用金屬絲繞制結構及材料金屬絲電阻應變片的典型結構見圖。它主要由粘合層1、3，基底2、蓋片4，敏感柵5，引出線6構成。結構及材料1.2

環(huán)境溫度對測量的影響

造成應變片測量誤差的因素很多，測量時要加以考慮。其中環(huán)境溫度的影響是首要的誤差。而當應變金屬絲受環(huán)境溫度影響時，有：RT＝RT0[1+T（T－T0）]溫度系數(shù)T＝4.28×10-3/℃溫度變化1℃時，RT＝RT0（1+T），即，R/R＝(RT－RT0)/RT0=2×2140比較R/R＝ksl=2l（假設KS＝2）環(huán)境溫度變化1℃相當于引起2140的應變，必須解決。一般l應變單位為幾百～幾千(1×10-6)1.2環(huán)境溫度對測量的影響造成應變片測量誤差的因素1.3溫度補償措施1應變片補償法

將兩個特性相同的應變片，用同樣的方法粘貼在同樣材質的兩個器件上，置于相同的溫度中，承受應力的為工作片，不受應力的為補償片。

測量時，如溫度變化兩個應變片引起的電阻增量不但符號相同，而且數(shù)量相同，根據電橋平衡條件R1R4＝R2R3，電橋必然保持平衡。應變片R1—測量元件應變片R2—溫度補償元件R1R2R3R4U01.3溫度補償措施1應變片補償法將兩個特性相同的應變片2應變片自補償

使用特殊的應變片，使其溫度變化的電阻增量等于零或相互抵消，從而不產生測量誤差。

這是利用某些電阻材料的溫度系數(shù)有正負特性，將這兩種不同的電阻絲串聯(lián)成一個應變片來實現(xiàn)的溫度補償，其條件是這兩段電阻絲柵隨溫度變化而產生的電阻增量大小相等，方向相反。即或，

這種溫度補償方法給應變片的應用帶來了方便，但不易達到理想的效果，而且成本較高。2應變片自補償使用特殊的應變片，使其溫度變化的電阻增量3熱敏電阻補償法

將熱敏電阻Rt置于應變片相同的溫度下，可以進行溫度補償，有下列多種方式：UBTR1RtU0不變TR1RtU0不變R1R2R3R4RtU0R1R2RtR3U0B3熱敏電阻補償法將熱敏電阻Rt置于應變片相同的溫度下，2.1電橋概述1〉電橋工作原理平衡條件：R1R2R3R4USU0第二節(jié)基本測量電路——電橋電路2.1電橋概述1〉電橋工作原理平衡條件：R1R2R3R4US2〉電橋分類按輸入電源分：直流電橋、交流電橋、恒壓源電橋、恒流源電橋按被測電阻的接入方式分：—四個橋臂中只有一個橋臂是敏感元件，其它均為電阻；—四個橋臂中有兩個敏感元件是相鄰橋 臂，這兩個敏感元件在測量對象中， 阻值變化大小相等，方向相反；—四個橋臂中兩個敏感元件是相對橋 臂，變化大小相對，方向相同。單臂電橋差動電橋相對臂電橋雙差動電橋--四個敏感元件，分成大小相等、方向相反的兩對。2〉電橋分類按輸入電源分：直流電橋、交流電橋、恒壓源電橋、恒按橋臂電阻的配備方式分：串聯(lián)對稱電橋(第一類對稱電橋)并聯(lián)對稱電橋(第二類對稱電橋)等臂電橋按電橋的工作方式分：平衡電橋不平衡電橋R1R2R3R4USU0a)對稱電橋R1＝R2,R3

＝R4R1＝R3，R2＝R4R1＝R2＝R3

＝R4b)不對稱電橋不滿足上述條件的電橋滿足R1R4＝R2R3又稱“全對稱電橋按橋臂電阻的配備方式分：串聯(lián)對稱電橋(第一類對稱電橋)并聯(lián)對2.2不平衡單臂電橋的工作特性單臂R1為敏感元件變化的電橋輸出為：對串聯(lián)對稱電橋：由R1=R2,R3=R4,得由(Q是微小量)可展成泰勒級數(shù)：所以得：2.2不平衡單臂電橋的工作特性單臂R1為敏感元件變化的電橋忽略后一項2/8，得理想輸出電橋電壓靈敏度：非線性度：可見，輸入量變化越大，非線性誤差越大。若要求電橋誤差小于0.03，即f≤3％則允許最大值為0.06（最大的測量范圍）其結論同全對稱電橋。忽略后一項2/8，得理想輸出電橋電壓靈敏度：非線性度：可見2.3差動電橋的工作特性

設：且則靈敏度比單臂電橋高一倍線性度R1和R2為敏感元件2.3差動電橋的工作特性設：且則靈敏度比單臂電橋高一倍2.4雙差動電橋的工作特性靈敏度比差動電橋高一倍線性度

設：均為敏感元件R1＝R2＝R3＝R4且2.4雙差動電橋的工作特性靈敏度比差動電橋高一倍線性度2.4相對臂電橋的工作特性設得靈敏度較高，但非線性誤差較大，常用于極性顯示。2.4相對臂電橋的工作特性設得靈敏度較高，但非線性誤差較大2.5提高不平衡電橋輸出線性度的方法2電橋輸出端串接一大阻值的電阻RLR1R2R3R4USU0RLIoU0R0RLIo當RL>>R0電橋輸出電阻1采用差動電橋工作方式（前面已述）2.5提高不平衡電橋輸出線性度的方法2電橋輸出端串接一大阻3采用恒流源供電方式等臂電橋：若R1為敏感元件，有：R2R4R1R3ISUososUU4e=線性度：理想輸出：靈敏度：若US＝RIS供電，靈敏度近似不變，非線性誤差為

/2。3采用恒流源供電方式等臂電橋：若R1為敏感元件，有：R2R44采用有源電橋方式由得

有源電橋的輸出在較小范圍內為線性，靈敏度較等臂電橋提高一倍，輸出信號的極性與無源電橋相反。RRRR+REoUs同相輸入反相輸入4采用有源電橋方式由得有源電橋的輸出在較小范圍內為2.6電橋調零

原被測量的總元件無變化時，輸出量應為零。即滿足。若不平衡，則須調零。一般有兩種調零方式：串聯(lián)調零

應用于R1、R2值較大的場合，此時，RW越小，對傳感器靈敏度的影響越小。USR1R2R3R4U0RW2.6電橋調零原被測量的總元件無變化時，輸出量應為零并聯(lián)調零

該方式應用于橋臂電阻R2、R4值較小的場合。此時，Rw越大，對橋路影響越小。R1R2R3R4USU0RW并聯(lián)調零該方式應用于橋臂電阻R2、R4值較小的場合。2.7交流電橋Z1Z2Z3Z4～

采用交流電源供電的電橋稱為“交流電橋”。設Z1＝z1ej1Z2＝z2ej2Z3＝z3ej3Z4＝z4ej4交流電橋平衡的條件是：Z1Z4＝Z2Z3z1z4＝z2z31＋4＝