1、第3章 電參數(shù)型傳感器電參數(shù)型傳感器將感受的輸入被測量轉換為電參數(shù)。電阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器電渦流式傳感器彈性元件應變式變換器被測量xR彈性元件壓阻式變換器被測量xR壓阻式13.1 應變式傳感器3.1.1 工作原理3.1.2 金屬應變片的主要特性3.1.3 測量電路3.1.4 應變式傳感器應用返 回23.1.1 工作原理1.金屬的電阻應變效應電阻應變效應：當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時 其電阻值將發(fā)生變化F l、A 、 R上一頁返 回下一頁3電阻的靈敏系數(shù)對于半徑為r的圓導體，A=r2，A/A=2r/r又由材料力學可知，在彈性范圍內， 上一頁返 回下一頁為導體的縱向應變，其數(shù)值

2、一般很小，常以微應變度量；為電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.30.5；為壓阻系數(shù)，與材質有關；為應力值；E為材料的彈性模量； 4金屬電阻的靈敏系數(shù)材料的幾何尺寸變化引起的材料的電阻率隨應變引起的（壓阻效應）金屬材料：k0以前者為主，則k01+2=1.73.6半 導 體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定上一頁返 回下一頁53. 應變片的基本結構與種類 敏感柵 直徑為0.025mm左右的合金電阻絲絲繞式 基 底 絕緣 覆蓋層 保護位移、力、力矩、加速度、壓力彈性敏感元件 應變 外力作用被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形應變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應變化 應變片上一頁返 回下一頁6應變片的類型和材

3、料 金屬絲式 金屬箔式 金屬薄膜式 回線式短接式 上一頁返 回下一頁7金屬絲式應變片上一頁返 回下一頁 金屬電阻絲應變片的基本結構 1-基片；2-電阻絲；3-覆蓋層；4-引出線 8金屬電阻應變片，材料電阻率隨應變產(chǎn)生的變化很小，可忽略 應變片電阻的相對變化與應變片縱向應變成正比， 并且對同一電阻材料， K0=1+2是常數(shù)。其靈敏度系數(shù)多在1.73.6之間。 上一頁返 回下一頁9金屬箔式應變片 在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀 箔式應變片 上一頁返 回下一頁10優(yōu)點 ：（1）尺寸準確，線條均勻，適應不同的測量要求， （2

4、）可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵 （3）與被測試件接觸面積大，粘結性能好。 散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。（4）橫向效應可以忽略。（5）蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。 缺點： 電阻值的分散性大 阻值調整 上一頁返 回下一頁11采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1m以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再加上保護層，易實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn) 優(yōu)點：應變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)問題：難控制電阻與溫度和時間的變化關系 金屬薄膜應變片 上一頁返 回下一頁123.1.2 金屬應變片的主要特性 （一）靈敏系數(shù)（二）橫向效應（三）溫度誤差及其補償上一頁返

5、 回下一頁13應變片的電阻值 R應變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于室溫下測得的電阻值 電阻系列：60、120、200、350、500、1000 可以加大應變片承受電壓， 電阻值大 輸出信號大， 敏感柵尺寸也增大 上一頁下一頁返 回14（一）靈敏系數(shù)“標稱靈敏系數(shù)”：受軸向單向力（拉或壓），試件材料為泊松系數(shù)=0.285的鋼等。一批產(chǎn)品中只能抽樣5的產(chǎn)品來測定，取平均值及允許公差值。電阻應變片的靈敏系數(shù)k 電阻絲的靈敏系數(shù)k0 粘結層傳遞變形失真還存在有橫向效應 原因：上一頁返 回下一頁15 （二）橫向效應敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成直線段：沿軸向拉應變x，電阻圓弧段：沿軸向壓應度y 電阻

6、 K (箔式應變片)上一頁下一頁返 回lyxy16橫向效應 應變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消了一部分，從而降低了整個電阻應變片的靈敏度，帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構造及尺寸有關。敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則橫向效應的影響愈小。173.1.3 電阻應變片的測量電路 上一頁返 回下一頁1 直流電橋2 非線性誤差及其補償 181. 直流電橋 直流電橋的工作原理 IL=0時電橋平衡平衡條件 :R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+R1R2R4R3UILRL上一頁返 回下一頁193.不平衡直流電橋的工作原理及靈敏度 當電橋后面接放大器時, 電橋輸出端看成開路.

7、電橋的輸出式為： 應變片工作時，其電阻變化R 上一頁返 回下一頁20采用等臂電橋，即R1= R2= R3=R4=R 。此時式(3.1.24)可寫為當Ri R ( i=1,2,3,4) 時，略去上式中的高階微量，則 上一頁返 回下一頁21上式表明： Ri R時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。 若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。 若相對兩橋臂應變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之則為兩者之差。 電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0越大。但是，當U大時，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所允許通過的最大工

8、作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。 增大電阻應變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。上一頁返 回下一頁22略去分母中的R1/R1項 ,假設R1/R11單臂電橋，即R1橋臂變化R，理想的線性關系 實際輸出電壓 上一頁返 回下一頁電橋的相對非線性誤差為 3.非線性誤差及其補償23減小非線性誤差 采用的措施為： （1）采用半橋差動電橋 R1R2FU0R1R1R4R3UR2R2上一頁返 回下一頁24R1R2R3R4=R，R1R2=R 嚴格的線性關系電橋靈敏度比單臂時提高一倍溫度補償作用上一頁返 回下一頁25輸出電壓為：U0R1R1UR2R2R4R4R3R3上一頁返 回下一頁全橋差動電路263.1.4

9、 電阻應變式傳感器的應用1應變式力傳感器2 應變式壓力傳感器3. 應變式液體重量（或液位）傳感器4 應變式加速度傳感器上一頁返 回下一頁27上一頁返 回下一頁1 應變式力傳感器（a）實心圓柱；（b）空心圓筒； (1) 柱式力傳感器28R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF29(2)梁式力傳感器上一頁返 回下一頁等截面梁 結構簡單，易加工，靈敏度高適合于測5000N以下的載荷 b0R1R4l0lFbh 等截面懸臂梁30b0R1R4XlFbh 等強度懸臂梁 31 雙端固定梁32薄壁圓環(huán)式力傳感器 上一頁返 回下一頁在外力作用下，各點的應力差別較大 33BK-2S稱

10、重傳感器產(chǎn)品詳細介紹采用國際流行的雙梁式或剪切S梁結構，拉、壓輸出對稱性好、 測量精度高、結構緊湊，安裝方便，廣泛用于機電結合秤、料斗秤、包裝秤等各種測力、稱重系統(tǒng)中 供橋電壓 12VDC 輸入阻抗 38020 輸出阻抗 35010 絕緣電阻 2000M 工作溫度 -10+50 上一頁返 回下一頁34BK4輪輻式傳感器系列 采用輪輻式結構，高度低，抗偏抗側能力強，測量精度高，性能穩(wěn)定可靠安裝方便，是大、中量程精度傳感器中的最佳形式，廣泛用于各種電子衡器和各種力值測量，如汽車衡、軌道衡、吊勾秤、料斗秤技術參數(shù) 量程（t） 1，2，5，10，20，30，50 供橋電壓 12VDC 靈敏度 152m

11、V/V 輸入阻抗 73020 非線性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 輸出阻抗 70010 重復性（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 絕緣電阻 2000M 滯后（%FS） 0.03, 0.05, 0.1 工作溫度 -10+50 允許過負荷 120%FS 熱零點偏移（%FS/10） 上一頁返 回下一頁353. 應變式壓力傳感器 上一頁返 回下一頁trR4R3R1R2 UU0膜片PrtR1R2R3R4rt膜片式壓力傳感器 36筒式壓力傳感器 測較大壓力 機床液壓系統(tǒng)的壓力（106107Pa），槍炮的膛內壓力（108Pa），動態(tài)特性和靈敏度主要由材料的E值和尺寸決定 上一頁返 回下一頁37組合式壓力傳感器 應變片不直接粘貼在壓力感受元件上壓力敏感元件為膜片或膜盒、波紋管、彈簧管等 通常用于測量小壓力。其缺點是固有頻率低，不適于測量瞬態(tài)過程。上一頁返 回下一頁38AK-1型應變式脈動壓力傳感器產(chǎn)品特點： 采用外殼和膜片為一體的圓膜片結構 尺寸小，安裝方便 頻響高，精度高，性能穩(wěn)定可靠 適用于各種動，靜態(tài)、氣、液體介質的壓力測量上一頁返 回下一頁393. 容器內液體重量（液位）傳感器上一頁返 回下一頁40液位傳感器 式中 A1 、A2傳感器的傳輸系數(shù)；