2.1 电阻式传感器(课件）-高二《传感器及应用》同步教学（机械工业版）

第2章 线性位移传感器及应用 位移是制造业中最常见的被测物理量之一。线性位移传感器也是构成其他各种机械量传感器和流体压力、液位传感器的基础。 1 2.1 电阻式传感器 2.1.1 应变式传感器 电阻应变片 2 应变式传感器 1.应变式传感器的组成 示例： 应变式角位移传感器 2. 电阻应变片的灵敏度 （1）金属电阻应变片的灵敏度 式中，k为应变灵敏度系数。由表2-1可以看出，金属应变片k≈2 。 （2）半导体的压阻效应与压阻系数 式中，E为半导体材料的弹性模量，πl为半导体材料的压阻系数。半导体应变片又称压阻元件，其灵敏度K约为几十甚至几百，远大于金属电阻的应变灵敏度。但其温度稳定性远不如金属电阻应变片。 6 3.电阻应变片的结构类型 （1）金属电阻应变片的结构类型 金属电阻应变片类型：丝式、箔式和薄膜式。 金属丝式应变片的结构：敏感栅粘贴在基底上，上面覆盖保护层。基底有纸基和胶基两种。应变片的纵向尺寸为工作长度，反映被测应变，其横向应变将造成测量误差。 7 圆角丝栅：其横向应变会引起较大测量误差，但耐疲劳性好，一般用于动态测量。 直角丝栅：精度高，但耐疲劳性差，适用于静态测量。 8 箔式电阻应变片的电阻值分散度小，可做成任意形状，易于大量生产，成本低，散热性好，允许通过大的电流，灵敏度高，耐蠕变和耐漂移能力强。 箔式电阻应变片：其丝栅形状可与应力分布相适应，制成各种专用应变片，如图d为应变式扭矩传感器专用，图f为板式压力传感器专用。 9 薄膜应变片是采用真空镀膜技术在很薄的绝缘基底上蒸镀金属电阻材料薄膜，再加上保护层形成的。其优点是灵敏度高，允许通过大的电流。 （2）半导体应变片的结构类型 半导体应变片有体型、薄膜型和扩散型等型式。扩散型半导体应变片是在硅片上用扩散技术制成4个电阻并构成电桥，利用硅材料本身作为弹性敏感元件，还可以把补偿电路和其他信号处理电路集成在一起，构成集成力敏传感器。 体型半导体应变片结构示意图，1-基片， 2-条状半导体， 3-引线。 10 表2-1 应变片主要技术参数 参数名称 工作尺寸/mm 电阻值 /Ω 灵敏度 最大工作电流/mA PZ-120型 PJ-120型 BE-120型 BA-120型 PBD-1K型 PBD-120型 2.8×15 11×5 2×2 1×1 6×0.5 6×0.5 120 120 120 120 1k±10% 120±10% 1.9～2.1 1.9～2.1 1.9～2.2 1.9～2.2 140±5% 120±5% - - - - 15 25 11 4. 转换电路 a）单臂 b）双臂 电桥可用作电阻、电容和电感式传感器的测量电路。电桥在初始状态是平衡的，输出电压等于零；当桥臂参数变化时才输出电压，称为不平衡电桥，其特性是非线性的。 12 c）全桥 d)交流电桥 13 （1）电阻电桥的输出电压 式中，相邻桥臂间为相减关系， 相对桥臂间为相加关系。 （2）应变电桥的工作方式 对于应变式传感器，其电桥电路可分为全桥、单臂电桥和双臂电桥工作方式。全桥和双臂电桥还可构成差动工作方式。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 14 ①半桥单臂工作方式：R1为电阻应变片，R2、R3、R4为固定电阻 ②半桥双臂工作方式：R1、R2均为电阻应变片，R3、R4为固定电阻 ③差动电桥： 构成差动电桥的条件为： 相邻桥臂应变片的应变方向应相反，相对桥臂应变片的应变方向应相同。 如果各应变片的应变量相等，则称为对称电桥。 15 差动电桥可提高电桥的灵敏度。由于消除或减小了分母中的△R项和分子中的△R2项，因此减小了电桥的非线性。同时相邻桥臂对相同方向的变化有补偿（相互抵消）作用，因此还可实现温度补偿。 对称差动半桥的输出电压 对称差动全桥的输出电压 16 2.1.2 电位器式传感器原理 VOLFA位移传感器外形 导电塑料位移传感器 17 电位器的位移→电压转换原理 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 18 $