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电阻式传感器（下）

未来的我
工程师
2019-09-21 15:53:04     打赏
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。



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关键词： 电阻     传感器    

水方
工程师
2019-09-21 16:24:09     打赏
2楼

学习了   谢谢楼主的分享


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拜月
工程师
2019-09-21 16:40:40     打赏
3楼

不错不错   值得学习


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丘球
工程师
2019-09-21 16:52:48     打赏
4楼

学习学习   感谢楼主的分享


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大华K
工程师
2019-09-21 18:11:21     打赏
5楼

学习学习   收藏了


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