电阻应变式传感器

,第二章 电阻式传感器,电阻式传感器是将非电量（如力、位移、形变、速度和加速度等）的变化量，变换成与之有一定关系的电阻值的变化，通过对电阻值的测量达到对上述非电量测量的目的。,电阻式传感器主要分为两大类：电位计（器）式电阻传感器以及应变式电阻传感器。,2.1,电位器式电阻传感器,一、线绕式电位器传感器,1.,线绕电位器结构和工作原理,当不接入负载,RL,时,当接入负载,RL,时,2.1,电位器式电阻传感器,2.1,电位器式电阻传感器,当负载电阻,RL0,时，,Y,与,r,为非线性关系，则线绕电位器式传感器的负载特性为非线性。,负载,RL,时，,Y,r,，,U0,与,x,才满足线性关系，通常,RL,10,，,U0,与,x,近似满足线性关系！,2.1,电位器式电阻传感器,2.,线绕电位器式传感器的阶梯特性、误差和分辨率,（,1,）阶梯特性,2.1,电位器式电阻传感器,2.1,电位器式电阻传感器,2.1,电位器式电阻传感器,3.,非线性线绕电位器结构,L,2.1,电位器式电阻传感器,二、非线绕式电位器,1.,膜式电位器,膜式电位器通常有两种：一种是,碳膜电位器,，另一种为,金属膜电位器,。,碳膜电位器,的,优点：,分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度较好；,缺点：,接触电阻大、噪声大,金属膜电位器,的,优点：,温度系数小，可在高温下工作；,缺点：,耐磨 性差、功率小、阻值不高（,12k,）。,2.1,电位器式电阻传感器,2.1,电位器式电阻传感器,2.,导电塑料电位器,优点：,耐磨性较好、寿命较长、点刷允许的接触压力较大（几十至几百克），适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，阻值范围大，能承受较大的功率；,缺点：,受温度影响较大、接触电阻大、精度不高。,3.,光电电位器,缺点：,结构较复杂，工作温度的范围比较窄（,150,），输出电流小，输出阻抗较高。,2.1,电位器式电阻传感器,优点：,耐磨性好，精度、分辨率高，寿命、可靠性好，阻值范围宽（,50015M,）等；,2.2,应变式电阻传感器,一、应变效应,应变效应：,因形变而使其阻值发生变化的现象称为,应变,。,二、电阻应变片的结构和工作原理,1.,基本结构,2.2,应变式电阻传感器,2.,灵敏系数,一根导线的电阻为,:,2.2,应变式电阻传感器,三、电阻应变片的种类,1.,金属电阻,应变片,金属电阻应变片厚度一般在,0.003,0.010mm,。优点是表面积和截面积之比大，散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种需要的形状，便于大批量生产。现已基本取代丝式应变片。,2.2,应变式电阻传感器,2.,半导体应变片,实验证明：对半导体而言,E,比,1+2,大近百倍，所以,可忽略,1+2,2.2,应变式电阻传感器,半导体应变片最突出的,优点,是体积小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单；,缺点,温度系数大，应变时非线性比较严重。,2.2,应变式电阻传感器,型 号,TYPE TIPO,精度等级,PRECISI0N GRADE,电 阻,GAGE RESISTANCE ,栅长,x,栅宽,FENCE LONG mm,灵敏系数,GAGE FACTOR,热输出,THERMAl 0UT PUT m,m,-1,批 号,THE BATCH NUMBER,数 量,QUANTITY QUANTITE,出厂日期,DATE 0F MANUF,检验员,INSPECTOR,序 号,ORDINAL NUMBER,产品标准号,GB/T 13992-92,补充 应变片产品说明与使用,应变计使用说明,(,浙江黄岩测试仪器厂）,1,、应变计的类型选择,传感器和高精度测量需要长期的测量用片，一般应力分析可选用,BX,系列应变计；,混凝及建筑构件测试可选用,SZ,系列应变计；混凝内应力，测量请用,HNB,一,1,内埋应变计。,补充 应变片产品说明与使用,2,、粘结剂的选择,传感器及长期测试请用高温固化粘结刑,(PA,一,48,、黄岩,1,号、,XF,一,1,胶,),。周期较短测试及纸基应变计贴片可用,5 0 2,快干胶。,3,、弹性体与试件贴片面的打磨,一般钢件与铝件可选用,220*320*,粒度砂纸打磨，达到贴片面平整无氧化层与杂质，要使砂纸磨痕与应变计工作栅呈,45,交叉形。对于铸铁与混凝土可用锉刀或砂轮打磨。,补充 应变片产品说明与使用,4,、贴片部位的清洗 可用棉球蘸丙酮或无水乙醇，以单方向擦净油污、杂质、灰尘。,5,、划贴片定位标记 可用,4H,铅笔或无油圆珠笔划出贴片定位线。注意：定位线不要通过应变计工作栅区域。,补充 应变片产品说明与使用,6,、贴片 该道工序最好在净化室内，湿度不超过,65,、室外工作，注意防尘、防湿。,用棉球蘸无水乙醇或丙酮单方向擦净贴片部位及应变计正反二面，擦净后立即用纸罩或玻璃罩罩住防尘（擦净后严禁手指接触）。用狼毫笔或玻璃棒将贴片胶薄而均匀地涂布在粘贴面上。将应变计对准贴片定位线粘于试件。在应变计上覆苯聚四氟乙稀薄膜，用手指顺应变计轴线方向滚压挤出多余胶液。检查贴片准确度。以上各点应在短时间内完成，以防灰尘、水汽进入。施加相应的压力，加温固化或稳定化处理。,补充 应变片产品说明与使用,7,、固化 应变计上覆聚四氟乙稀薄膜再压上硅橡胶板，根据粘接胶性能要求。,8,、贴片质量检查（,1,）外观检查：贴片位置有否偏离、应变片有否变形、胶层有否杂质与气泡；（,2,）电阻测量；（,3,）绝缘电阻测量。,补充 应变片产品说明与使用,9,、引出线焊接,未焊有引出线应变计，可用硬质橡皮在应变计焊点处擦去残留胶液及氧化物，用丙酮擦净，以,2 0W,电烙铁快速焊上引出线。已有引出线应变计，在靠近应变计焊点处，粘上接线端子，可将应变计引出线与接线端子焊接。再将导线焊于接线端子上。,10,、清理多余胶液，残余焊剂、污物。,11,、应变计防护一般可采用,7O3,、,704,硅橡胶密封。传感器长期可靠防护应选用其它性能优良，中性的防护胶。,补充 应变片产品说明与使用,四、电阻应变片的测量电路,1.,直流电桥,2.2,应变式电阻传感器,（,1,）平衡条件,当不加负载时,即,R,L,时，电桥的输出电压,U,0,应为：,（,2,）电压灵敏度,放大器的输入阻抗可以比桥路输出电阻高得多，所以此时仍视电桥为开路情况。,2.2,应变式电阻传感器,2.2,应变式电阻传感器,（,3,）非线性误差及其补偿的方法,绝对非线性误差：,实际的非线性特性曲线与理想的线性曲线的偏差。,减小或消除非线性误差的方法：,提高桥臂比,n(,但降低灵敏度,),2.2,应变式电阻传感器,采用差动电桥,2.2,应变式电阻传感器,半桥差动电路没有非线性误差,即,与单臂电桥比较,2.2,应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,全桥差动电路没有非线性误差，即：,同理,对全桥差动电路：,第二节 应变式电阻传感器,采用高内阻的恒流源,电桥,（,2,）交流电桥的调平方法,交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整的方法实现。,电阻调平法 电容调平法,（,i,）串联电阻法（,a,）,（,i,）差动电容法（,c,）,（,ii,）并联电阻法（,b,）,（,ii,）阻容调平法（,d,）,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,第二节 应变式电阻传感器,（,3,）交流电桥不平衡状态,输出电压为,差动交流电桥,（半桥差动电路）,单臂交流电桥,双差动交流电桥,（全桥差动电路）,第三节 电阻式传感器应用举例,一、电阻应变仪,1.,静态电阻应变仪；,2.,静动态电阻应变仪；,3.,动态电阻应变仪；,4.,超动态电阻应变仪；,5.,遥测应变仪,交流电桥电阻应变仪：,第三节 电阻式传感器应用举例,通过低通滤波器滤除高频信号可得：,第三节 电阻式传感器应用举例,二、电位器式压力传感器,第三节 电阻式传感器应用举例,三、电阻应变片在轧制力检测中的应用,第三节 电阻式传感器应用举例,四、应变传感器在衡器中,(,电子秤,),的应用,第三节 电阻式传感器应用举例,（,a,）图。传感器弹性体为双弯曲梁，,4,片应变片分别粘贴在梁的上、下两表面上，组成全桥电路（与单片机结合组成数字式电子秤）。当重物,W,作用时，,R1,、,R4,受拉伸，阻值增加；,R2,、,R3,受压缩，阻值减小，电桥失去平衡，产生,U,电压输出，且,U,与,W,成正比：,于是双连孔传感器的输出为：,传感器的灵敏度为：,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,第三节 电阻式传感器应用举例,五、应变传感器对加速度的测量,1.,应变加速度计,测量振动时，将传感器壳体和被测对象刚性固定在一起，因此作用在质量块上的惯性力,F=ma,使悬臂梁产生形变（应变），这样，粘贴在梁上用应变片所构成的电桥失去平衡而输出电压。此输出电压的大小正比于外界振动加速度,a,。,图,2-23,应变式加速度计结构与工作原理,2.,压阻式加速度计,第三节 电阻式传感器应用举例,The End,