课题2 电阻式传感器及其应用（课件）- 《传感器与检测技术应用》同步教学（北京理工大学版）

2024-01-04

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课题2 电阻式传感器及其应用任务1 电位器电阻式传感器任务2 弹性敏感元件任务3 电阻应变式传感器任务4 固态压阻式传感器下一页返回课题2 电阻式传感器及其应用任务5 热电阻传感器任务6 气敏和湿敏电阻传感器任务7 电阻式传感器项目实训—热敏电阻制作的电冰箱温度超标指示器上一页返回任务1 电位器电阻式传感器 2.1.1电位器传感器原理和结构 1.电位器的转换原理电位器的电压转换原理如图2 -2所示，设电阻体长度为z，触点滑动位移量为x，两端输入电压为Ui，则滑动端输出电压Uo为对角位移式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度a成正比，即下一页返回任务1 电位器电阻式传感器将电位器的电刷通过机械传动装置与被测对象相连，便可测量机械直线位移或角位移。 2.基本结构由于测量领域的不同，电位器的结构不同，但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。根据电位器结构不同，位移电位器分为直线位移电位器和角位移电位器两种，其基本结构分别如图2-3、图2 -4所示。上一页下一页返回任务1 电位器电阻式传感器 2.1.2电位器传感器负载特性电位器输出端接有负载电阻时，输出电压与负载大小的关系特性称为负载特性。接有负载电阻RL的电位器如图2 -5所示，电位器输出电压UL为设电阻相对变化为r = Rx/Rmax，并设m=Rmax/RL, m称负载系数，则上式可写成上一页下一页返回任务1 电位器电阻式传感器而理想空载特性为由于m≠0,即RL不是无限大，使负载特性与空载特性之间产生偏差。图2 -6是对不同m的负载特性曲线。 2.1.3电位器传感器的应用实例 1.电位器式压力传感器电位器式压力传感器是利用弹性元件(如弹簧管、膜片或膜盒)把被测的压力变换为弹性元件的位移，并使此位移变为电刷触点的移动，从而引起输出电压或电流相应的变化。上一页下一页返回任务1 电位器电阻式传感器图2 -7为YCD-150型远程压力表原理图。它是由一个弹簧管和电位器组成的压力传感器。电位器固定在壳体上，而电刷与弹簧管的传动机构相连接。当被测压力变化时，弹簧管的自由端发生位移，通过传动机构，一边带动压力表指针转动，一边带动电刷在线绕电位器上滑动，从而将被测压力值转换为电阻变化，输出与被测压力成正比的电压信号。图2 -8所示为另一种电位器式压力传感器的工作原理图。弹性敏感元件膜盒的内腔，通入被测流体，在此流体压力作用下，膜盒硬心产生位移，推动连杆上移，使曲柄轴带动电刷在电位器电阻丝上滑动，同样输出与被测压力成正比的电压信号。上一页下一页返回任务1 电位器电阻式传感器 2.电位器式位移传感器图2 -9所示为YHD型滑线电阻式位移传感器的结构。被测位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻组成电桥的两个桥臂，通过电桥测量电路把被测位移量转换成相应的电压量。在测量比较小的位移时，往往利用齿轮、齿条机构把线位移变换成角位移来测量，如图2-10所示。 3.电位器式加速度传感器图2-11所示为电位器式加速度传感器结构示意图。惯性质量块在被测加速度的作用下，使片状弹簧产生正比于被测加速度的位移，从而引起电刷在电位器的电阻元件上滑动，因此输出一与加速度成比例的电信号。上一页返回任务2 弹性敏感元件物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象称为变形。若外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸或形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。根据弹性元件在传感器中的作用，可以分为两种类型:弹性敏感元件和弹性支承。前者感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、位移等，也就是通过它把被测参数由一种物理状态转换为另一种所需要的物理状态，故称为弹性敏感元件。下一页返回任务2 弹性敏感元件 2. 2. 1弹性敏感材料的弹性特性作用在弹性敏感元件上的外力与由该外力所引起的相应变形(应变、位移或转角)之间的关系称为弹性元件的弹性特性。主要特性如下: 1.刚度刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。上一页下一页返回任务2 弹性敏感元件图2-12中弹性特性曲线上某点A的刚度可通过A点作曲线的切线求得，此切线与水平线夹角的正切就代表该元件在A点处的刚度，即k = tanθ = dF/dx。如果弹性特性是线性的，它的刚度是一个常数。当测量较大的力时，必须选择刚

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