电阻应变式位移传感器.
6微位移测量详解
电位器式传感器的转换原理 根据电工知识，我们很容易理解电位器的电压转换原理。
设电阻体的长度为l，电阻值为R，两端所加（输入）电压为Ui，
则滑动端输出电压为
Ui Uo x l
式中，x为位移量。
电位器式传感器的结构与类型 电位器由电阻元件、 电刷、 骨架等组成。 其形式有直滑
式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由触头、 臂、
应变效应与应变灵敏度
1. 金属导体的电阻应变灵敏度 金属导体的电阻与材料、长度、截面积和温度有关。在温 度一定时， 其电阻定律为
l R S
式中，R为导体的电阻值；l为导体的长度；S为导体的截面积； ρ 为导体的电阻率。
当沿金属丝长度方向施加力时，其几何尺寸和电阻率都会 变化，从而导致电阻值的变化。经证明可得
线位移是指
角位移是指
在机械工程中经常要精确测量零部件的位移或位置， 并且力、压力、扭矩、速度、加速度、温度、流量 等参数也可经转换为位移进行测量。
位移传感器的分类
电阻式位移传感器
电位器式传感器 电位器式传感器
线绕式电阻传感器 线绕式
非线绕式电阻传感器 非线绕式
薄膜电位器
导电塑料电位器
R K R
式中，K为应变灵敏度系数。
2. 半导体的压阻效应与压阻系数
对于半导体材料， 在某一晶向施加一定应力σ时， 其电阻 率将产生较大的变化， 而几何尺寸变化很小，这种现象称为压 阻效应。 相应的， 半导体应变电阻也常称为压阻元件。 半导体 材料压阻灵敏度为
K 1E
式中，E为半导体材料的弹性模量；π l为半导体材料的压阻系 数。 半导体应变片的K约为几十甚至几百， 远大于金属电阻的 应变灵敏度。 但其温度稳定性远不如金属电阻应变片。
传感器分类
电阻式传感器：基本原理：是将被测的非电量转化成电阻值的变化，在通过转换电路变成电压或电流输出的一类传感器，通过测量电阻值变化达到测量非电量的目的。
应用：测量力、压力、位移、应变、加速度、温度等非电量参数，还适合动态测量。
应变式传感器：是一种具有较长应用历史的传感器，包括应变式加速度传感器，其工作原理：在应变梁的一段固定惯性质量块，梁的上下粘贴应变片，传感器内腔充满硅油，以产生必要的阻尼。
测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接。
当有加速度作用在壳体上时，由于梁的刚度很大，惯性质量块也以同样的加速度运动，产生的惯性力与加速度成正比。
惯性力的大小由梁上的应变片测出。
限位块使传感器过载时不被破坏。
应用：常用于低频振动测量中，被广泛应用于工程测量和科学实验中。
应变式传感器优点：其具有尺寸小、重度轻、结构简单、使用方便、响应速度快等。
这种传感器一般由弹性元件和电阻应变片构成，工作时利用金属弹性元件的电阻应变效应，将被测物变形转换成电阻变化。
压阻式传感器：包括压阻式加速度传感器，其工作原理：采用单晶硅作悬臂梁，在其近根部扩散四个电阻。
当梁的自由端的质量块收到加速度作用时，在梁上收到弯矩和应力，受电阻值发生变化。
电阻相对变化与加速度成正比。
有四个电阻组成的电桥将产生与加速度成正比例电压输出。
在设计时，恰当地选择传感器尺寸及阻尼系数，则可用来测量低频加速度与直线加速度。
压阻式传感器优点：灵敏系数大，分辨率高，频率响应高，体积小。
缺点：压阻式传感器多由半导体材料构成，由于半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感器的温度误差较大，必须要有温度补偿。
应用：主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。
电感式传感器：利用线圈自感或互感的变化，实现测量的一种装置。
其核心部分是可变自感或可变互感，再将被测量转化成线圈自感或线圈互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
工作原理：把被测位移转换成线圈的自感或互感的变化，从而实现测量的一类传感器。
第二讲_位移传感器
其形式有直滑式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由
触头、 臂、 导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂 铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、
酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜
电阻、 导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。
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图3-2 （a） 直滑式； (b) 单圈旋转式； (c) 多圈旋转式
线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)在移动过程中, 从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。
b x
R
a
b
c
l R A
7
•
电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线， 按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上 制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表 面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷 可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹 性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧 形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹 性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力， 以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和 导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金 （铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为 陶瓷酚醛树脂等。
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1、线绕电位器的结构
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2、线绕电位器的输出特性
（1）空载下
U0 Usc R R0 U0 Usc L L0
电阻灵敏度 KR
R R0 L L0
L L0
线性电位器
电压灵敏度 K V U sc U 0
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（2）负载下
RL R U 0 Ux ( R 0 R)Ux RL R
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2） 金属膜电位器 金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空
位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。
按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。
模拟式又可分为物性型和结构型两种。
位移传感器的主要分类根据运动方式直线位移传感器：直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。
为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。
传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。
将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。
角度位移传感器：角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。
原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。
此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。
一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。
根据材质电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。
阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。
通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。
线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。
传感器与检测技术
传感器与检测技术山东省高等教育自学考试《传感器与检测技术》02202考试大纲第一部分学习过程评价部分考核大纲一、学习过程评价的课程性质及课程设置的目的、课程基本要求(一)课程性质与学习过程评价的设置目的传感器与检测技术是机电一体化工程专业的一门专业基础课。
本课程阐述如何利用传感器将机电一体化系统典型被测物理量转换成与之有确切对应关系并且容易检测、传输、处理的信号，通过计算机数据处理，得到有关被测系统的有用信息。
传感器与检测技术是机电一体化系统的关键技术之一。
“传感器与检测技术”是一门综合性、实践性很强的课程，在自学过程中必须做一定数量的基本实验，才能掌握课程的基本内容，培养考生分析问题和解决问题的能力。
考生应高度重视实验环节。
这是学习过程评价目的之一;另外，作一定数量的习题、思考题对学好本课程也非常必要，这是学习过程评价目的之二。
(二)学习过程评价基本要求考生在学习过程中进行必要的教学实验:(1)通过电阻应变式传感器实验，掌握电阻应变式传感器工作原理和输出特性。
(2)通过电感式传感器实验，掌握电感式传感器工作原理和输出特性 (3)通过电容式传感器实验，掌握电容式传感器工作原理和输出特性 (4)通过滤波器特性实验，了解无源滤波器和有源滤波器的类型、工作原理，掌握滤波器特性及其测试方法。
(5)通过压力传感器静态标定实验，掌握压力传感器静态标定方法，学习标定数据处理及传感器特性指标的计算。
(6)通过温度传感器校准实验，掌握温度传感器的使用方法和校准方法。
(7)通过振动测试实验，了解其固有频率、阻尼比及各阶振型的测试方法;了解非接触式和接触式测振传感器的特点;附加传感器质量对测试结果的影响;了解激振、测振系统的基本组成和选择。
(8)通过切削力测量实验，了解八角换车削测力仪的结构、应变片的粘贴和组桥方法以及测力仪工作原理掌握八角环测力仪的静态标定方法。
考生在学习过程中必须完成一定数量的习题、思考题。
二、学习过程评价的课程内容和考核要求(一) 实验内容与要求实验1 电阻应变式传感器实验。
《电阻应变式传感器》课件
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电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度 补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结 果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应 用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、 管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感 器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系 统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物 体位置检测等。
电阻应变式传感器
目 录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变 化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、 低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压 阻效应，即当半导体受到外力作用时 ，其电阻值会发生变化。这种传感器 常用于测量加速度、压力和振动等物 理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐 腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点 。
20种身边常见的传感器
20种身边常见的传感器1、电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
2、变频功率传感器变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
3、称重传感器称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。
能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。
4、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
5、压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。
当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
6、热电阻传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
7、激光传感器利用激光技术进行测量的传感器。
它由激光器、激光检测器和测量电路组成。
激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
8、霍尔传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
电阻式应变传感器
电阻式应变传感器是以电阻应变计为转换元件的传感器，其精确测量工作的原理是应变式原理。
这种应变计可以将变形能量转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成的电阻应变式传感器，可以根据具体测量要求，设计成多种结构的形式。
还有这样的事实存在，弹性敏感元件如果受到所测量的力会产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。
目前，在测量行业内，常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精
度高，测量范围广寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
电阻式应变传感器常见的特点有以下几点：
①精度高，测量范围广；
②使用寿命长，性能稳定可靠；
③结构简单，体积小，重量轻；
④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；
⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。
公司除大规模生产各种规格的高精度、高稳定性、高可靠性常规产品外,还
可根据用户具体要求设计特殊的非标传感器,以满足用户的特殊要求。
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