电阻式传感器

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三、金属应变片的基本结构与种类
§4.3 电阻应变式传感器
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金属丝式应变片
应变片电阻的相对变化与应变片纵向应变成正比， 对同一电阻材料， k0=1+2μ是常数。 灵敏度系数多在1.7～3.6之间。
§4.3 电阻应变式传感器
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金属箔式应变片
在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔 材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于 各种需要的形状。
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t
料，使
t
K0
g s t 0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，选择敏感栅材
K0 g s
即可达到温度自补偿的目的。 优点：容易加工，成本低，
缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄
§4.3 电阻应变式传感器 b. 双金属敏感栅自补偿应变片
相应的虚假应变输出
Rt / R0 t t ( g s )t K0 K0
单丝自补偿法 自补偿法
温度补偿
组合式自补偿法 线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻〕
§4.3 电阻应变式传感器 ① 电桥补偿法 常用的最好的补偿方法。
Rb U0 R3 U R4 R1＋⊿R
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(3) 可以实现输出—输入间任意函数关系； (4) 输出信号大，一般不需放大； (6) 分辨力较低；
(5) 电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，需要较大的输入能量；
(7) 动态响应较差，适合于缓慢量的测量。
§4.2 变阻器式（电位器式）
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应用
测量“位移”、“压力”、“加速度”等参量。
YHD型滑线电阻式位移传感器 1-测量轴 2-滑线电阻 3-触头 4-弹簧 5-滑块 6-导轨 7-外壳 8-无感电阻
§4.3 电阻应变式传感器
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四、金属应变片的主要特性参数
1、应变片的电阻值 R
• 应变片在未经安装也不受外力情况下，于室温下
测得的电阻值 • 电阻系列：60、120、200、350、600、1000Ω 可以加大应变片承受电压
电阻值大
输出信号大
敏感栅尺寸也增大
§4.3 电阻应变式传感器
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四、金属应变片的主要特性参数
2、应变片的几何参数 几何参数：标距 L 和丝栅宽度 b ，制造厂常用 b L 表示
§4.3 电阻应变式传感器
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四、金属应变片的主要特性参数
3、灵敏系数
K
R / R

“标称灵敏系数”：在泊松系数μ=0.285的钢试件受轴向单向力 （拉或压）时，在一批产品中抽样5％的产品来测定，取平均值 及允许公差值。
导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量
电阻丝材料的泊松比，一般金属 =0.3～0.5；
E 压阻系数，与材质有关； 应力值； 材料的弹性模量
§4.3 电阻应变式传感器 电阻的灵敏系数
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k0
R R

1 2
/

k0
1 2 材料的几何尺寸变化引起的
R1
R2
通过调节两种敏感栅的长度来控制应变 片的温度自补偿，可达±0.45με/℃的高
组合自补偿法
精度
§4.3 电阻应变式传感器 应变片主要性能指标举例
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§4.3 电阻应变式传感器 五、电阻应变片的选择、粘贴技术
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1. 检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. 用精密电阻箱测量应变片电阻值大小。同一电桥中 各应变片阻值相差不得大于0.5欧姆。 3. 试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用酒
R1 +⊿R Rb -⊿R
R1
Rb－⊿R U0
F
R1 Rb
F
R3 U R4
§4.3 电阻应变式传感器 ① 电桥补偿法 • 优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好
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• 缺点：
在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片
与补偿片处于温度完全一致的情况，因而影响补
偿效果。
§4.3 电阻应变式传感器 ② 应变片的自补偿法
§4.3 电阻应变式传感器
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金属薄膜应变片
采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上
形成厚度在 1 m 以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，再
加上保护层，易实现工业化批量生产。
优点：
应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，
易实现工业化生产。
问题： 难控制电阻与温度、时间的变化关系。
R
l dR dl 2 dA d A A A

l
§4.3 电阻应变式传感器
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电阻的相对变化：
R
R
l
l

A A
r 的圆导体， r 2 ， A 对于半径为 A
2 r / r
又由材料力学可知，在弹性范围内：
l / l , r / r , / E R (1 2 E ) R
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六、电阻应变片的测量电路
2. 直流电桥 ① Ri R 时，电桥的输出电压与应变成线性关系。
② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压
应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应 变极性不同，则输出电压为两者之和。 ③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之 和；反之则为两者之差。
K
(箔式应变片)
εy
y
x
§4.3 电阻应变式传感器
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5、温度误差及其补偿
1、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境温度 变化△t 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ，则引起的 温度 误差
电阻相对变化为
Rt Rt R0 R0 t
2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t 时， 因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将 产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化
价格低廉，品种多样，便于选择；
但在大应变状态具有明显非线性； 由于输出信号微弱，抗干扰能力差； 只能测出为应变片区域的平均应变。
§4.3 电阻应变式传感器
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二、工作原理
电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变 形时其电阻值将发生变化
F
l R＝ A
F
l、A、
测量技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基础
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测量技术基础
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第四章 电阻式传感器
本章内容：
概述 变阻器式（电位器式）
应变式传感器
压阻式传感器
§4.1 概述
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工作原理 • 应变式传感器是把被测量转换为电阻变化的 一种传感器
l R A
分类 变阻器式 电阻应变式 压阻式传感器 热电阻式传感器（温度传感器处介绍）
/

材料电阻率ρ随应变引起（压阻效应）
金属材料：k0以前者为主，则k0≈1+2μ=1.7~3.6 半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
R k0 R
§4.3 电阻应变式传感器
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金属应变片的类型和材料
• 金属丝式 • 金 属 回线式 短接式
• 金属箔式
• 金属薄膜式
应大于500M欧。
7. 应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，
防止受潮。
§4.3 电阻应变式传感器
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六、电阻应变片的测量电路
1、电桥分类
直流电桥 交流电桥 平衡电桥 不平衡电桥 单臂电桥 半桥 全桥
§4.3 电阻应变式传感器
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六、电阻应变片的测量电路
2. 直流电桥 平衡条件
Rt R0 K 0 t R0 K 0 ( g s )t
s 应变丝的线膨胀系数； g 试件的线膨胀系数
§4.3 电阻应变式传感器
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5、温度误差及其补偿
由温度变化引起的总电阻变化为
Rt Rt Rt R0t R0 K0 ( g s )t
§4.3 电阻应变式传感器
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优点：
（1）尺寸准确，线条均匀，适应不同的测量要求
（2）可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅
（3）与被测试件接触面积大，粘结性能好。
散热条件好，允许电流大，灵敏度提高。
（4）横向效应可以忽略。 （5）蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。 缺点： 电阻值的分散性大
§4.2 变阻器式（电位器式）
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变阻器式传感器产品
位移传感器电子尺
§4.2 变阻器式（电位器式）
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案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
§4.2 变阻器式（电位器式）
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案例：煤气包储量检测
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。
§4.3 电阻应变式传感器 五、电阻应变片的选择、粘贴技术
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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组织，