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1、3.2 电阻式传感器,电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器, 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式,1 变阻器式传感器:分辨力不高，有噪声。用于线、角位移测量 (1) 原理,结构简单，使用方便，分辨力不高；用于伺服记录仪或电子电位差计等,等效电路分析: Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.,电阻应变式传感器, 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。 当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了被测
2、物理量的大小。 应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。,金属电阻应变片的工作原理,金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。 如图 所示, 一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为 式中: 电阻丝的电阻率; L电阻丝的长度; S电阻丝的截面积。,应变片的电阻R为,dL/L是长度相对变化量, 用应变表示,在弹性范围内, 金属丝受拉力时, 沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为,金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层
3、和引线等部分组成。敏感栅是应变片的核心部分, 它粘贴在绝缘的基片上, 其上再粘贴起保护作用的覆盖层, 两端焊接引出导线。,金属应变片的横向效应 将应变片粘贴在被测试件上时, 其敏感栅由直线段和半圆弧段组成, 圆弧段电阻的变化小于同样长度直线段电阻丝电阻的变化。将直的电阻丝绕成敏感栅后, 敏感栅的电阻变化较小, 因而其灵敏系数较电阻丝的灵敏系数小，这种现象称为应变片的横向效应。,敏感栅愈窄, 基长愈长的应变计, 其横向效应引起的误差越小。,温度误差,温度误差产生的原因 由于环境温度改变而带来的误差, 称为应变计的温度误差, 又称热输出。 产生温度误差的原因有二: (1) 敏感栅金属丝电阻本身随温
4、度发生变化。 (2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。,对半导体应变片,工作原理：基于半导体的压阻效应.压阻效应指单晶半导体材料在沿轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 单晶半导体在受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度变化，从而引起电阻率变化。,优点：应变灵敏度高、机械滞后小、横向效应小、体积小;能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度大，在较大应变作用下，非线性误差大。,电阻应变式传感器的应用：测力,案例：电子称,原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。,案例
5、：冲床生产记数 和生产过程监测,案例：机器人握力测量,案例：振动式地音入侵探测器,适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。,案例：煤气包储量检测,原理 直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化,特点： （1）测量量程大； （2）防爆； （3）可靠； （4）成本低。,案例：桥梁固有频率测量,原理 在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车冲击障碍物对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。,4) 应用,应变片上限测量频率的限制因素：电桥激励电源的频率和应变片的基长。一般上限测量频率应在电桥激励电源频率的1/5-1/10;基长愈短，上限测量频率可以愈高,(5) 应用,案例： 重量的自动检测-配料设备,比较,原理 用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化,应用6：玩具机器人（广州中鸣数码 ）,原理 直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化,计算题,