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【毕业论文】电阻式传感器性能测试及应用.ppt


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电阻式传感器性能测试及应用
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电阻式传感器性能测试及应用
传感器简介
传感器工作原理
实验电路
电子秤设计
山西大学物理实验中心
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传感器指能感知某一非电量的信息,并能将之转化为可加以利用的信息的装置。或者说是将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系的电量信号输出的器件或装置。传感器技术(也可以说是测量技术),也就是对一些非电量如:压力、力矩、应变、位移、速度、温度、流量、液位、重量等进行检测,在现代化的自动检测、遥控和自动控制系统中,这是必不可少的部分,如果缺少了传感器技术,自动化将无从谈起。
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传感器好比人的五官,人通过五官即:眼(视觉)、耳(听觉)、鼻(嗅觉)、舌(味觉)、四肢身体(触觉)感知和接收外界的信息,然后通过神经系统传输给大脑进行加工处理。传感器则是一个控制系统的“电五官”,它感测到外界的信息,然后反馈给系统的处理器即“电脑”进行加工处理。如果一个控制系统没有传感器,就象一个人没有五官,其结果是可想而知的。
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传感器一般是利用物理、化学、生物等的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制的。通常由敏感元件、传感元件(转换元件)、测量电路(信号调节与转换电路)和辅助电源几部分组成。
敏感元件
传感元件
测量电路
辅助电源
传感器组成框图
被测非电量
电量
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敏感元件能直接感受被测非电量,并按一定规律转换成与被测非电量有确定对应关系的其它物理量(一般仍为非电量)。
电阻应变片是与弹性膜固连在一起的,弹性膜片的应变传递给电阻应变片,引起电阻应变片电阻值的变化,也就是说电阻应变片能将应变转换成电阻的变化,所以电阻应变片就是传感元件。
传感元件又称变换器,能将敏感元件感测受到的非电量变换成为电量。
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电阻应变式传感器的工作原理
电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应,将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器,此类传感器主要是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形,然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化,再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测,如力、压力、加速度、力矩、重量等,在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1. 电阻应变效应
所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变的同时其电阻值也会产生相应地改变,这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例:设其长为:L、半径为r、材料的电阻率为ρ时其电阻R为(根据电阻的定义式)
(1—1)
当导体因某种原因产生应变时,其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式(1—1)全微分得电阻变化率dR/R为:
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(1—2)
式中: 为导体的轴向应变量εL; 为导体的横向应变量εr;
由材料力学得: (1—3)
式中:μ为材料的泊松比,~;负号表示两者的变化方向相反。将式(1—3)代入式(1—2)得:
(1—4)
式(1—4)说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变(几何效应)和本身特有的导电性能(压阻效应)。

它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
金属导体的应变灵敏度K:主要取决于其几何效应;
可取: (1—5)
其灵敏度系数为: K= (1—6)
金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化,拉伸时电阻增大,压缩时电阻减小,且与其轴向应变成正比。
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电阻应变式传感器主要有四个部分组成,:
1,引出线,作为连接测量导线用,对测量精度至关重要;
2,电阻丝也叫敏感栅,是应变片的转换元件,是这类
传感器的核心构件;3,粘结剂,它的作用是将电阻丝
与基底粘贴在一起;4,基底,基底是将传感器弹性体
的应变传送到敏感栅上的中间介质,并起到在电阻丝
和弹性体之间的绝缘作用和保护作用;5,面胶或叫
覆盖层,是一层薄膜,起到保护敏感栅的作用;

为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号,在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求,因此在应变测量中得到了广泛的应用。
电桥电路按辅助电源分有直流电桥和交流电桥,由于直流电桥的输出信号在进一步放大时易产生零漂,故交流电桥的应用更为广泛。直流电桥只用于较大应变的测量,交流电桥可用于各种应变的测量。
电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种。。
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  • 时间2018-02-20
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