第四章常用传感器1

4.3 电阻式传感器
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为
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R l/ A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
dR dl l dA l d
A
A2
A
代入 R l / A
dR R dl R dA R d l A
4.3 电阻式传感器
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有： dR dl dA d R l A
金属丝： A r 2
dR dl 2dr d Rl r
金属丝体积不变：
dl 轴向应变
l
dr 径向应变
r
dr dl
r
l
4.3 电阻式传感器
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有：
dR 2 d
R
S0
dR
R
1
2
d
金属丝应变片：
对金属材料，电阻率不变。大量实验证明，在电阻 丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受 的轴向应变成正比，即S0为常数。
4.3 电阻式传感器
• 等效电路分析: •L-变阻器总长; •x-电刷移动量. •R-总电阻; •Rx电刷电阻;
U
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x L
Rx
R L
x
KLx
S
dR dx
KL
常数
Uo
Uo
Rx R
U
xU L
U L
x
SU

x
4.3 电阻式传感器
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Uo
Rx R
U
xU L
U L
为了保证稳定性，在选用传感器之前应对使用 环境进行调查，以选择合适的传感器类型。
5 精确度 6 其他原则
第四章、常用传感器
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4.3 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、 热敏式、光敏式、电敏式.
•1 变阻器式传感器
d V
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3. 传感器的分类
1)按被测物理量分类
常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;
声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
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2)按工作的物理基础分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等。
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3)按能量转换情况: 能量转换型和能量控制型.
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
dR R
(1 2)
S0
4.3 电阻式传感器 金属应变计
应变计
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4.3 电阻式传感器
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半导体应变计 （压阻式传感器）
dR dl 2dr d Rl r
简化为：
dR d R
LE
dR
x
SU
x
E
Uo
0
x
L
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输出电阻(或电压)与电刷位移(包括 线位移或角位移)之间具有非线性函 数关系的一种电位器
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线性电阻器的分压电路
R-Rx
U
Rx Uo
V
RL
Uo
Rx
Rx // RL // RL R
Rx
U
L
->电位器
->电阻
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案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
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2 电阻应变式传感器--应变片
电阻应变片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 电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发 生变化现象。
2 线性范围
任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输 出与输入成比例关系，线性范围愈宽则表明传感器的工作 量程愈大。
3 响应特性
传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持 不失真。实际传感器的响应总有一定迟延，但迟延时间越 短越好。
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4 稳定性
传感器的稳定性是指经过长期使用以后，其输 出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因 素是时间与环境。
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4)按构成原理:
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计.
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
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4.2 传感器选用原则
1 灵敏度
灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混 入，并且噪声也会被放大。因此，对传感器往往要求有较 大的信噪比。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
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2. 传感器的构成
传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件 的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、 阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
测试技术
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第四章、常用传感器
本章学习要求：
1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器应用
第四章 常用传感器
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4.1 传感器概述
1. 传感器(Transducer/Sensor)定义
传感器是借助检测元件将一种形式的信息转 换成另一种信息的装置。
U R (1
x RL Uo )
U L
x SU x
x RL L
4.3 电阻式传感器
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负载效应
U
Uo
L
U R (1
x)
RL U o
U L
x SU x
x RL L
0
L
4.3 电阻式传感器 变阻器式传感器的分类
按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器 直线滑动式电位器
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4.3 电阻式传感器 变阻器式传感器产品
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4.3 电阻式传感器
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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
4.3 电阻式传感器 案例：煤气包储量检测
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钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数