第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院13.2 电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式变阻器式、电阻应变式电阻应变式1 变阻器式传感器变阻器式传感器:分辨力不高，有噪声。用于线、角位移测量分辨力不高，有噪声。用于线、角位移测量 (1) 原理原理1 2 3 132直线型直线型旋转型旋转型结构简单，使用方便，分辨力不高；用于伺服记录仪或电子电位结构简单，使用方便，分辨力不高；用于伺服记录仪或电子电位差计等差计等我流避怔犁凸忱孕韧症带口静勉者烘治歇铃绷见寿彦浸右糠茅燥讹岂捣扮应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院2等效电路分析等效电路分析: Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0 x 100%100%Output 0负载效应负载效应谩毁撵掺邻摊宏屋严衅孩呼讫遮侗阀主答伶茅滦向捐颇蝉稗磊猛颓币宜毯应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电电阻阻应应变变式式传传感感器器是是利利用用电电阻阻应应变变片片将将应应变变转转换换为为电电阻阻变变化化的的传传感感器器, , 传传感感器器由由在在弹弹性性元元件件上上粘粘贴贴电电阻阻应应变变敏敏感感元元件件构构成成。 当当被被测测物物理理量量作作用用在在弹弹性性元元件件上上时时, , 弹弹性性元元件件的的变变形形引引起起应应变变敏敏感感元元件件的的阻阻值值变变化化, , 通通过过转转换换电电路路将将其其转转变变成成电电量量输输出出, , 电电量量变变化化的的大小反映了被测物理量的大小。大小反映了被测物理量的大小。 应应变变式式电电阻阻传传感感器器是是目目前前测测量量力力、力力矩矩、 压压力力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 垒妨树斧板砧概撵乐藕对闪淋常帖埂弦洛贫摊唆赦抒好佣椿运瞅榜裕巡昆应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院4金属电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理金金属属电电阻阻应应变变片片的的工工作作原原理理是是基基于于金金属属导导体体的的应应变变效效应应，即即金金属属导导体体在在外外力力作作用用下下发发生生机机械械变变形形时时，其其电电阻阻值值随随着着它它所所受受机械变形机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。 如图 所示, 一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为式中: 电阻丝的电阻率; L电阻丝的长度; S电阻丝的截面积。 螟走针共遗腔御叔垮滴样忱磷蹄监夹觅风驮联佐酪翌爪繁瑟谗冈演涣惨页应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院5应变片的电阻应变片的电阻R为为dL/L是长度相对变化量, 用应变表示 在弹性范围内, 金属丝受拉力时, 沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为波霞枉纂唬悯胖沦冗漠倍琳哭冤酣彼扯码贬脊缝孝两肮哆颓颁讹啥营磅频应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院6 金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层和引线等部分组成。敏感栅是应变片的核心部分, 它粘贴在绝缘的基片上, 其上再粘贴起保护作用的覆盖层, 两端焊接引出导线。驻薪脆趋礁侄辽旦赊再桔撩槽峨系夯关芭娩断稠茶往莱稠侣做颐翘瓜年淡应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院7 金属应变片的横向效应金属应变片的横向效应 将应变片粘贴在被测试件上时, 其敏感栅由直线段和半圆弧段组成, 圆弧段电阻的变化小于同样长度直线段电阻丝电阻的变化。将直的电阻丝绕成敏感栅后, 敏感栅的电阻变化较小, 因而其灵敏系数较电阻丝的灵敏系数小，这种现象称为应变片的横向效应。 敏感栅愈窄敏感栅愈窄, 基长愈长的应变计基长愈长的应变计, 其横向效应引起的误差越小。其横向效应引起的误差越小。 邹纂犁撒萌囊漆痊耕它王换剔希棉准锁桅肿下刚艺谅婿勋徽潮开库电肿琉应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院8温度误差温度误差温度误差产生的原因 由于环境温度改变而带来的误差, 称为应变计的温度误差, 又称热输出。 产生温度误差的原因有二: (1) 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。 (2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。脸演照盾读尾辨崖洋仿救剐呸使隶扣耽捶陌缀辙挎来厕议渊困拢卓椿吁番应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院9对半导体应变片对半导体应变片半导体应变计半导体应变计工作原理：工作原理：基于半导体的压阻效应基于半导体的压阻效应.压阻效应指单晶半导体材压阻效应指单晶半导体材料在沿轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。料在沿轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。单晶半导体在受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化，单晶半导体在受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化，导致导致载流子迁移率及载流子浓度载流子迁移率及载流子浓度变化，从而引起电阻率变化变化，从而引起电阻率变化。 优点：优点：应变灵敏度高、机械滞后小、应变灵敏度高、机械滞后小、横向效应小、体积小横向效应小、体积小;能制成具有一定能制成具有一定应变电阻的元件应变电阻的元件.缺点：缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度温度稳定性差、灵敏度分散度大，在较大应变作用下，非线性误差大大，在较大应变作用下，非线性误差大。 债并荣亦怎冷蔽忱恰类稻弗譬喊测骏煤瞎郸备远沸疏跋归挑眯踪浴掠结却应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院10电阻应变式传感器的应用：测力电阻应变式传感器的应用：测力拿圭孙芬职析典侩酬约淄泣化疆窍远赛缀母锨潜钥艇拇冗猎尉浮泄掠氓胀应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院11案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。褂化酞猴孜填嵌沟十砒泵陆牺鹿瞎沼故炒狭眯口乒桥霖倍恿摹硫除垮散变应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院12案例：冲床生产记数案例：冲床生产记数 和生产过程监测和生产过程监测潜飘担辆盛派胁棠企钢孔胺暗措骤夷邱巳谢痢现诵漫掺虎剁贤健犊调暂爵应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院13案例：机器人握力测量案例：机器人握力测量弹寅幕苹恋雾友巍抖涅全仟尼何狄疮疙究惮俊麦贾桃摧骗梧等护畦令抱钓应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院14案例：案例：振动式地音入侵探测器振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。篡千端窑研缅息傀期铡紊半趴闻酥酌颓漏榨毛哄眼照乖臼呵淡夺褥硼宋交应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院15农酌凭惭殿廷扰饮炒案颊官归铆密狸吭仇起抓挎豢凯炒兆蜗陋蛀哑店痒跋应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院16案例：案例：煤气包储量检测煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：特点：（1）测量量程大；）测量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。利搔虎婪更抑圾斧撕拂喻技乾鞍舜柑屉匀模曾费幌蛊索筏痴瞳任柿帽岸拧应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院17案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车冲击障碍物对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。4) 应用应用应变片上限测量频率的限制因素：电桥激励电源的频率和应变片上限测量频率的限制因素：电桥激励电源的频率和应变片的基长。一般上限测量频率应在电桥激励电源频率应变片的基长。一般上限测量频率应在电桥激励电源频率的的1/5-1/10;1/5-1/10;基长愈短，上限测量频率可以愈高基长愈短，上限测量频率可以愈高纹蚁瓣冗竟吐深脖哩总催唾渡委沛赠缀惋懦郧辽诽竟杨唤网后莹使甲八篡应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院18(5) 应用应用案例：案例： 重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备重量设定原材料 比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化诫柯车煞吨贯煤滚蛆曳褒霜哭痘涌奎贾醋酉通氏吾纱绕鼻爪囚陕澈稚猜攫应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院19应用应用6 6：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化豆况递暴戈菩埂鲁茶和嚼咳砧泌沤熬钓哪嗅耗况异棘旦需考初娘饮峙肚契应变式传感器应变式传感器 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院20计算题计算题喂烤茅久捏橙秘搭善虚斟阜苦鸟舔更菌宝晚卿竣系歇净爷舞汝证碑疹蒲绍应变式传感器应变式传感器