第5章R、L、C传感技术(1)

《第5章R、L、C传感技术(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章R、L、C传感技术(1)（104页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第5章章R、L、C传感技术传感技术5.1电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器是将电阻式传感器是将被测的非电量转换成电阻被测的非电量转换成电阻值的变化值的变化，再经转换电路变换成电量输出。，再经转换电路变换成电量输出。 特点：结构简单，易于制造，价格便宜，性特点：结构简单，易于制造，价格便宜，性能稳定，输出功率大，应用广泛。能稳定，输出功率大，应用广泛。 分类（引起电阻变化的参数不同）：分类（引起电阻变化的参数不同）： 电位器传感器电位器传感器和和电阻应变式传感器电阻应变式传感器工作原理：基于均匀截面导体的电阻计算工作原理：基于均匀截面导体的电阻计算公式：公式： 式中，式中， 电阻率，电阻率

2、， mm2/ m ； 电阻丝长度，电阻丝长度，m ； 电阻丝截面积，电阻丝截面积，mm2 。、A为定值，则为定值，则R与与l成正比成正比5.1.1 电位器式传感器电位器式传感器（又称变阻器传感器又称变阻器传感器）lRA常用的电位器式传感器有直线位移型、角位移型常用的电位器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等。结构如图所示。和非线性型等。结构如图所示。组成：线圈、骨架和划动触头组成：线圈、骨架和划动触头直线型电位器式传感器。直线型电位器式传感器。若移动若移动x距离，则距离，则C点与点与A点之间的电阻为点之间的电阻为lxRKx式中式中,lK为单位长度电阻值。为单位长度电阻值。直线型电位式传感

3、器的灵敏度为直线型电位式传感器的灵敏度为ldxdRKS 当导线分布均匀时，当导线分布均匀时，S为常数。这时传感器为常数。这时传感器的输出（电阻）与输入（位移）成的输出（电阻）与输入（位移）成线性线性关系。关系。输出阻值的大小随角度位移的大小而变化，该传感器的灵敏度为dRdSK式中，为转角（rad）；K为单位弧度对应的电阻值。角位移型电位器式传感器角位移型电位器式传感器 当输入位移呈非线性规律时，为了保证输入、输当输入位移呈非线性规律时，为了保证输入、输出的线性关系，利于后续仪表的设计，可以根据出的线性关系，利于后续仪表的设计，可以根据输入的函数规律来确定这种传感器的骨架形状。输入的函数规律来确

4、定这种传感器的骨架形状。非线性型电位器式传感器非线性型电位器式传感器电位器式传感器一般采用电位器式传感器一般采用电阻分压电路电阻分压电路，将电参数将电参数R转换为电压输出给后续电路，转换为电压输出给后续电路，如图示。如图示。 当触头移动当触头移动x距离后，输出电压距离后，输出电压ey可用可用下式计算下式计算)1)(eypxxLRPRxpx0e式中，式中，RP为电位器的总电阻。为电位器的总电阻。 xp为电位器的总长度。为电位器的总长度。 RL为后续电路的输入电阻。为后续电路的输入电阻。实际应用中，实际应用中，RLRP,此时，此时，xepxey0近似为线性关系。近似为线性关系。电位器式传感器电位器

5、式传感器 电位器式传感器的电位器式传感器的优点优点：结构简单，性能稳定，：结构简单，性能稳定，使用方便。使用方便。 缺点缺点：分辨率不高，分辨率很难高于：分辨率不高，分辨率很难高于20m；使；使用频率范围也受到限制；噪声较大，绕制困难。用频率范围也受到限制；噪声较大，绕制困难。 电位器式传感器主要用于电位器式传感器主要用于线位移和角位移的测量线位移和角位移的测量。在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。 5.1.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器定义：定义：通过通过应变片应变片将被测物理量转换为电阻将被测物理量转换为电阻变化的器件称为变化的

6、器件称为电阻应变式传感器电阻应变式传感器。分类：分类：电阻应变式传感器可分为电阻应变式传感器可分为金属电阻应金属电阻应变片变片与与半导体应变片半导体应变片两类。两类。 金属电阻应变片有金属电阻应变片有丝式丝式和和箔式箔式两种。其两种。其工作原理是工作原理是电阻应变效应电阻应变效应。金属电阻应变式传感器金属电阻应变式传感器工作原理：工作原理：导体的导体的电电阻阻随着随着机械变形机械变形而发生变化的现象，称为而发生变化的现象，称为电电阻应变效应阻应变效应。 电阻应变式传感器电阻式应变传感器是电阻式应变传感器是测力与应变测力与应变的主要传感器，测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维（范围小到肌肉纤维

7、（5 51010-5-5N)N)，大到登月火箭，大到登月火箭(5(510107 7N),N),精确度可到精确度可到 0.01 0.010.1%0.1%，有，有1010年以上的校准稳定性。年以上的校准稳定性。可用于可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度应变力、压力、转矩、位移、加速度的测量。的测量。也是应用广泛的传感器。也是应用广泛的传感器。应变式传感器特征：应变式传感器特征： 主要优点：结构简单、精度高、范围大、体积小、动主要优点：结构简单、精度高、范围大、体积小、动态响应快。态响应快。 缺点：电阻、半导体会随温度变化。缺点：电阻、半导体会随温度变化。广泛应用于各种衡器、应变测量各种电子秤各种

8、电子秤电子天平电子天平高高精精度度电电子子汽汽车车衡衡动动态态电电子子秤秤机械式机械式机械秤机械秤包装机包装机吊秤吊秤遥遥动动遥遥控控吊吊秤秤液液压压叉叉车车秤秤应变仪应变仪特性：特性：测量通道：测量通道：8 8通道，可多模块组合通道，可多模块组合测量范围：测量范围：3000030000测量精度：测量精度：1.51.5扫描率高于扫描率高于1 1次次/ /秒秒支持多种桥路接入方式：支持多种桥路接入方式：1/41/4桥、桥、半桥、全桥（半桥、全桥（4 4线、线、6 6线）线）应变片类型：应变片类型：1201201k1k应变系数：应变系数：1.801.802.202.20采样率可设置为每通道采样率可

9、设置为每通道1010次次/ /秒到秒到几天采集一次几天采集一次实时显示当前数据和所设置的参数实时显示当前数据和所设置的参数2 28MByte8MByte非易失性存储器，用于非易失性存储器，用于存储测量数据存储测量数据. .上海卢浦大桥通车应变试验上海卢浦大桥通车应变试验上海国际会议中心模型试验上海国际会议中心模型试验一、应变片的类型和结构一、应变片的类型和结构1.金属丝式应变片金属丝式应变片出现较早，其典型结构如图出现较早，其典型结构如图5.3所示。所示。电阻应变式传感器（1）敏感栅）敏感栅 感受应变感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、

10、箔式箔式和薄膜式三种。和薄膜式三种。（2）基底）基底 绝缘及传递应变绝缘及传递应变。测量时应变片的基底通过粘结剂粘在试件上，。测量时应变片的基底通过粘结剂粘在试件上，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时基片绝缘性能要好，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号就要漏掉。否则应变片微小电信号就要漏掉。 由纸薄、胶质膜等制成。由纸薄、胶质膜等制成。（3）粘结剂）粘结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的粘结粘结。（4）覆盖层）覆盖层保护作用保护作用。防湿、蚀、尘。防湿、蚀、尘。（5）引线）引线连接连

11、接电阻丝与测量电路，输出电参量。电阻丝与测量电路，输出电参量。2.金属箔式应变片箔式应变片是在绝缘基底上，将厚度为1m10m电阻箔材，利用照相制版或光刻技术，制成各种需要的形状。优点：可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅；与被测件粘结面积大；散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；横向效应小；蠕变和机械滞后小，寿命长。缺点：电阻值的分散性大 采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在缘基片上形成厚度在0.10.1微米以下的金属电阻微米以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。 优点：优点：应变灵敏系数大