2019物联网开发者大会 12.06 北京北辰洲际酒店→ 报名参会 ←
电子产品世界 » 论坛首页 » 综合技术 » 电源与模拟 » 电阻式传感器(下)

共6条 1/1 1 跳转至

电阻式传感器(下)

助工
2019-09-21 15:53:04    评分
知识点4-电阻应变片的性能参数

(1)阻值:在室温下进行测量得到。阻值越大,则允许的工作电压越高。可以提高测量的灵敏度。常用阻值为120Ω。

(2)几何尺寸:通常标定的几何尺寸为敏感栅的几何尺寸,即bl。

(3)绝缘电阻:敏感栅部分,与被测试件之间的部分的电阻值,这个阻值越大越好,一般大于1010Ω。

(4)灵敏度系数:灵敏度系数是将应变片粘贴于受单向应力的试件表面,使敏感栅方向与应力分析一致。这时应变片电阻值变化率与应变ε之比便是灵敏度系数。灵敏度系数的准确性将直接影响到测量精度,通常S0应尽量大而稳定。

(5)允许电流:应变片接入测量电路后,允许通过敏感栅而不影响工作特性的最大电流。它不仅取决于应变片本身,试件、粘合剂和环境因素也会影响允许电流的大小。

(6)机械滞后:在温度不变的情况下,对贴有应变片的试件反复加载卸载,对于同一应变量,应变片每次所指示应变可能会有所不同,它们的最大差值即为应变片的机械滞后。为了减小机械滞后,正是测试前应当反复加载卸载,多次循环。

(7)应变极限:在一定温度下,应变片的指示应变值与真实的应变值的相对误差不超过10%时,应变片所能达到的最大误差,称为应变极限。

(8)零漂和蠕变:零漂是指在温度恒定的情况下,试件不受力,但应变片的指示应变不为零,而且会随时间变化的特性;蠕变是指在温度恒定的情况下,试件受力也恒定,应变片的指示值随时间变化的特性。

(9)热滞后:试件不受力的情况下,在室温和极限工作温度之间不断对应变片加温降温,对应在同一温度下应变片的指示值可能会有所不同,它的最大差值即热滞后。

(10)疲劳寿命:在恒定幅值的交变应变作用下,(幅值一般为1500με,频率20~50Hz),应变片能连续工作直至疲劳破坏的循环次数,一般要求为106~107次。

知识点5-电阻应变传感器的优点

(1)性能稳定,精度高;力传感可达0.05%;

(2)测量范围宽;力传感量程10-1~107;

(3)频率响应较好,可用于静态、动态测量;

(4)体积重量小,结构简单,价格低廉,品种多样,便于选择和大量使用;

(5)对环境适应能力强。

知识点6-电阻应变传感器的应用

电阻应变传感器的使用主要有两种形式。一是直接贴在被测试件上,测量试件的应变情况;另一种是贴在弹性体上,与弹性体构成各种物理传感器。

使用一:直接用来测量结构的应变或应力。如直接在轧机立柱上布置应变计,再将其接入电桥中以观测轧机立柱受力情况;也有置于桥梁表面及桥墩,检测桥梁变形情况。

轧机立柱上应变计的布置和接线方式

桥梁安全监测系统

使用二:电阻应变传感器的输入是试件的形变,置于特定的试件上,可依靠试件的物理特性做成各种传感器,测量不同的输入量,如位移传感器、压力传感器、加速度传感器、力传感器等等。都是在试件受力变形,由电阻应变传感器测量的基础进行制造的。

知识点7-压阻式传感器的工作原理——压阻效应

压阻式传感器利用半导体单晶的压阻效应使阻值变化,实现测量(任何材料都不同程度地体现压阻效应,只是半导体材料的压阻效应更强)。

压阻效应介绍:单晶半导体材料在沿某一轴向收到外力作用时,电阻率ρ会发生变化的现象。

之前已经说过,当金属导体受力产生形变,其阻值变化满足以下关系:

对于电阻应变片,(1+2μ)ε远大于dρ/ρ,因此我们计算其灵敏度时不考虑后者。

而对于单晶半导体而言,电阻率dρ/ρ变化引起的电阻变化却远远大于(1+2μ)ε,因此,对于半导体,

由半导体理论可知,

灵敏度系数

其中πL为沿晶向L的压阻系数;σ为沿L方向的应力;E为半导体材料的弹性模量。

知识点8-压阻式传感器的特点

相较于电阻应变传感器,压阻式传感器有以下优点:

灵敏度高,是金属丝应变片的50~70倍。因此有时输出可不需放大直接用于测量。

分辨率高,例如测量压力时,可测出10~20Pa的微压。

机械滞后小、横向效应小、体积小、频响高,便于集成化。

当然它也有一些缺点,比如温度稳定性能差;灵敏度分散度大;在大应力作用下,非线性误差大;机械强度低等。

知识点9-压阻式传感器的应用

半导体式压阻应变片的使用方式与电阻应变片相似,可直接贴在试件上做半导体应变计;或者在半导体材料基片上用集成工艺制成扩散电阻,称为扩散型压阻传感器或固态压阻传感器。用于测量压力和加速度。

知识点10-变阻式传感器的结构和分类

变阻式传感器又称为电位器式传感器。它由电阻元件和电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件可以是直线运动、转动和螺旋运动。以此将直线位移或角位移转换为成一定函数关系的电阻值的变化,进而改变电压输出。

按照结构形式的不同,可分为线绕式、薄膜式、光电式等;

按照特性曲线的不同,可分为线性电位器和非线性电位器。

变阻式传感器除了可测量线位移或角位移以外,也可以测量各种可以转换为位移的其它物理量。如力、加速度等。

知识点10-变阻式传感器的原理和特性

由之前的公式R=ρL/A可知,当电阻丝的材料与直径确定时,电阻值R随导线L的长度而变化。

对于直线位移型变阻式传感器,当被测位移发生变化时,触点B沿电位器移动。如果移至x,则AB两点间电阻为:

其中KL为单位长度的电阻。当导线材质分布均匀时,KL为常数,因此传感器的输出(电阻)与输入(位移)成线性关系。传感器的灵敏度

对于角位移型变阻器,它的阻值随转角变化。其灵敏度为

Kα为单位弧度对应的电阻值,同样当导线材质均匀分布时,Kα为常数。α为转角。

非线性电位器,又叫函数电位器,它的输出电阻与电刷位移具有非线性函数关系,可以实现指数函数、三角函数、对数函数等任意函数的变换。图为一二次函数型电位器,它的骨架采用三角形。输出量f(x)=Kx2

变阻式传感器的优点:

(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低且性能稳定。

(2)受环境因素影响小。

(3)可以实现输出——输入间的任意函数关系。

(4)输出信号大,一般不需要放大。

变阻式传感器的缺点:

(1)由于电刷与线圈或电阻膜之间存在摩擦,因此需要较大的输入能量。


(2)由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性,而且会降低测量精度,因此分辨率较低。

(3)动态响应差,只适用于测量变化较缓慢的量。

知识点10-变阻式传感器的应用

变阻式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。
以YHD型滑线式位移传感器为例,测量轴1与外部被测机构接触,当有位移时。测量轴便沿导轨6移动。同时电刷3在滑线电阻上移动,电刷的位置发生变化,则其输出电压也发生变化,据此可以判断位移的大小。复位弹簧4可以方便测量轴来回移动。

如果要同时得到位移的大小和方向,可将无感电阻4与滑线电阻2组成桥式测量电路。



  • 640.gif (19.4 KB, 下载次数: 0)


    640.gif





关键词: 电阻     传感器    

助工
2019-09-21 16:24:09    评分
2楼

学习了   谢谢楼主的分享


助工
2019-09-21 16:26:43    评分
3楼

果断收藏  谢谢分享


助工
2019-09-21 16:40:40    评分
4楼

不错不错   值得学习


助工
2019-09-21 16:52:48    评分
5楼

学习学习   感谢楼主的分享


助工
2019-09-21 18:11:21    评分
6楼

学习学习   收藏了


共6条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]