页数：57页文件大小：584.5 KB来源： 检测技术与自动化仪表ppt课件
本课件可查阅电位器式电阻传感器的基础说明、电阻应变效应的实现方式与应变式传感器应用的典型应用，收录原理示意、结构框图与对比数据，配合逐页图示与完整文字版，便于按知识点检索复习。
检测技术与自动化仪表电阻式传感器
第五章电阻式传感器基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。
按工作原理分为：变阻器(电位器)式、电阻应变式、固态压阻式、热敏电阻式、气敏电阻式、磁敏电阻式等
5.1电位器式电阻传感器电位器式传感器的结构及分类1）结构：由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。
电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出
5.1电位器式电阻传感器
分类：按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等，在线绕电位器中又有单圈式和多圈式两种；
按其特性曲线不同，则可分为线性电位器和非线性(函数)电位器。
电位器式传感器的优点结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；
受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；
可以实现输出—输入间任意函数关系
1线性线绕电位器
空载特性直线位移传感器角位移传感器
灵敏度电阻灵敏度电压灵敏度A——所绕导线的截面积I——通过电位器的电流（A）
阶梯特性和阶梯误差线性线绕式电位器的总匝数为W，总电阻为R时，其阶梯误差可表示为
分辨率2非线性电位器非线性电位器的形式
空载特性空载特性是一条曲线，其灵敏度与电刷位置有关，是变量，可写为电阻灵敏度电压灵敏度
3电位器的负载特性及负载误差负载特性设电阻的相对变化,电位器的负载系数，电刷的相对行程，电压的相对输出由于空载时
理想空载特性为电位器的负载误差相对负载误差
5.2应变片式电阻传感器应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。
应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数
1应变片的结构与工作原理结构
工作原理金属应变片的电阻R为上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数代入
有金属丝：金属丝体积不变
有金属丝应变片：对金属材料，导电率不变
5.2应变片式电阻传感器
半导体应变计简化为
（2）测量原理应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。
弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。
若通过弹性体或试件把位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换成应变，则可测量上述各量，而做成各种应变式传感器
2应变片的种类、材料
电阻应变片的种类常用有丝式、箔式、半导体式和薄膜式应变片等
丝式应变片：金属电阻应变片的典型结构。
将一根高电阻率金属丝（φ0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间并引出导线构成
丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。
分为丝绕式和短接式两种。
丝绕式应变片因圆弧部分参与变形，横向效应较大；
短接式应变片敏感栅平行排列，两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接而成，其优点是克服了横向效应
箔式应变片优点:可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅，其栅长最小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求；
横向效应小；
散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；
蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长；
生产效率高，便于实现自动化生产。
金属箔的材料常用康铜和镍铬合金等
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。
体型：利用半导体材料的体电阻制成。
扩散型：在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散型电阻
半导体应变片的特性半导体应变片的优点是尺寸、横向效应及机械滞后都很小；
灵敏系数大，因而输出也大；
可不需放大器连接，使得测量系统简化。
缺点是电阻值和灵敏系数的温度稳定性差；
测量较大应变时非线性严重
薄膜应变片：采用真空沉积或高频溅射等方法，在绝缘基片上形成厚度在0.1mm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅——厚度大约为箔式应变片的十分之一以下。
该应变片灵敏度高，易于实现工业化生产，特别是它可以直接制作在弹性敏感元件上，形成测量元件或传感器。
目前使用中的主要问题是尚难控制其电阻对温度和时间的变化关系
3电阻应变片的性能参数电阻值：应变片原始阻值——标准化，120Ω常用几何参数：敏感栅基长l和宽度b，制造厂常用b×l表示。
灵敏系数S：表示应变片变换性能的重要参数。
绝缘电阻：应变片与试件间的阻值，越大越好。
一般大于1010Ω。
其它性能参数（允许电流、工作温度、应变极限、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）
4电阻应变片的选择、粘贴技术1）目测电阻应变片有无折痕、断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。
2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。
同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆
3）试件表面处理：贴片处用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。
4）应变片粘贴：在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。
5）焊线：用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘电阻，应大于1000M欧。
7）应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮
5测量电路电阻应变片将应变转换为电阻的变化量，测量电路将电阻的变化再转换为电压或电流信号，最终实现被测量的测量。
1）直流电桥
等臂电桥时通常半桥工作情况输出电压等臂电桥
全桥工作情况输出电压等臂电桥
电桥工作的一般形式4桥臂均为工作应变片可为轴向应变，也可以是径向应变当应变片的粘贴方向确定后，若为压应变否则
2）交流电桥开路输出电压
6温度误差及补偿温度误差——附加应变1）电阻温度效应2）应变丝和试件线膨胀系数不同使应变片产生附加应变3）其他：基底材料、粘合剂等受温度影响温度误差的补偿方法
1）应变片自补偿法--选择自补偿法——敏感栅材料与试件材料－组合式自补偿
（2）电路补偿法—电桥的和差特性全桥自动补偿；
半桥邻臂
3)热敏电阻补偿法—热敏电阻适当分压
7压阻式传感器用半导体应变片制作的传感器称为压阻式传感器，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
1）压阻效应半导体材料受到压力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
当金属或半导体材料受力变形后，其电阻的相对变化量为
对金属应变片而言，较小，有时可忽略，与较大，故金属电阻的变化率主要由和两项引起，这就是金属应变片的基本工作原理。
半导体电阻的变化率主要是由引起的．这就是压阻式传感器的基本工作原理
2）压阻式传感器的结构主要优点•灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍•横向效应和机械滞后极小•温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多
3）压阻式传感器的测量电路半导体应变片的测量电路和金属应变片的测量电路类似，均常用电桥电路，组成全桥电路的灵敏度最大。
电桥的供电电源可采用恒流源，也可采用恒压源，当采用恒压源时，考虑到环境温度变化的影响，其关系为U—电桥供电电压R—应变片阻值
—应变片阻值变化—应变片由于环境温度变化而引起的阻值变化当采用恒流源供电，则桥路输出电压为
(3)电位器式液位传感器
（4）电位器式加速度传感器
2应变式电阻传感器的应用（1）电阻应变式力传感器
标准产品
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：电子称
案例：冲床生产记数和生产过程监测
（2）电阻应变式加速度传感器
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