1、13.2 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉換為電阻變化的一種傳感器是把被測量轉換為電阻變化的一種傳感器, 按工作的原理可分為按工作的原理可分為:變阻器式變阻器式、電阻應變式電阻應變式1 變阻器式傳感器變阻器式傳感器:分辨力不高，有噪聲。用于線、角位移測量分辨力不高，有噪聲。用于線、角位移測量 (1) 原理原理1 2 3 132直線型直線型旋轉型旋轉型結構簡單，使用方便，分辨力不高；用于伺服記錄儀或電子電位結構簡單，使用方便，分辨力不高；用于伺服記錄儀或電子電位差計等差計等2 等效電路分析等效電路分析: Rp-總電阻;xp-變阻總長;RL負載電阻;x-電刷移動量.1

2、32xxpEinEoutRxRLRp-Rx)1)(1pxxLRpRxpxinLRxRxRpRLRpRinLRxRLRxRxRpRinEEEoutE0 x 100%100%Output 0負載效應負載效應3電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 電阻應變式傳感器是利用電阻應變片將電阻應變式傳感器是利用電阻應變片將應變應變轉換轉換為為電阻變化電阻變化的傳感器的傳感器, , 傳感器由在彈性元件上粘貼傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應變敏感元件電阻應變敏感元件構成。構成。 當被測物理量作用在彈性當被測物理量作用在彈性元件上時元件上時, , 彈性元件的變形引起應變敏感元件的阻彈性元件的變形引起應變敏感元件的阻值變

3、化值變化, , 通過轉換電路將其轉變成通過轉換電路將其轉變成電量輸出電量輸出, , 電量電量變化的大小反映了被測物理量的大小。變化的大小反映了被測物理量的大小。 應變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、應變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、 壓力、壓力、加速度、重量等參數應用最廣泛的傳感器。加速度、重量等參數應用最廣泛的傳感器。 4金屬電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理是基于金屬導體的金屬電阻應變片的工作原理是基于金屬導體的應變效應應變效應，即，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著它所受金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著它所受機械變形機械

4、變形(伸長或縮短伸長或縮短)的變化而發生變化的現象。的變化而發生變化的現象。 如圖 所示, 一根金屬電阻絲, 在其未受力時, 原始電阻值為式中: 電阻絲的電阻率; L電阻絲的長度; S電阻絲的截面積。 SLR.5應變片的電阻應變片的電阻R為為2rlR)(2drdrldlRrRlRRddrdldRdL/L是長度相對變化量, 用應變表示 LdL在彈性范圍內, 金屬絲受拉力時, 沿軸向伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為LdLrdrdRdR)21 ()21 (/RdRk6 金屬應變片由敏感柵、 基片、 覆蓋層和引線等部分組成。敏感柵是應變片的核心部分, 它粘貼在絕緣的基片上,

5、其上再粘貼起保護作用的覆蓋層, 兩端焊接引出導線。7 金屬應變片的橫向效應金屬應變片的橫向效應 將應變片粘貼在被測試件上時, 其敏感柵由直線段和半圓弧段組成, 圓弧段電阻的變化小于同樣長度直線段電阻絲電阻的變化。將直的電阻絲繞成敏感柵后, 敏感柵的電阻變化較小, 因而其靈敏系數較電阻絲的靈敏系數小，這種現象稱為應變片的橫向效應。 敏感柵愈窄敏感柵愈窄, 基長愈長的應變計基長愈長的應變計, 其橫向效應引起的誤差越小。其橫向效應引起的誤差越小。 8溫度誤差溫度誤差溫度誤差產生的原因 由于環境溫度改變而帶來的誤差, 稱為應變計的溫度誤差, 又稱熱輸出。 產生溫度誤差的原因有二: (1) 敏感柵金屬絲

6、電阻本身隨溫度發生變化。 (2) 試件材料與應變絲材料的線膨脹系數不一, 使應變絲產生附加變形而造成的電阻變化。9對半導體應變片對半導體應變片半導體應變計半導體應變計EdERdRSg/ 工作原理：工作原理：基于半導體的壓阻效應基于半導體的壓阻效應.壓阻效應指單晶半導體材壓阻效應指單晶半導體材料在沿軸向受外力作用時，其電阻率發生變化的現象。料在沿軸向受外力作用時，其電阻率發生變化的現象。 單晶半導體在受外力作用時，原子點陣排列規律發生變化，單晶半導體在受外力作用時，原子點陣排列規律發生變化，導致導致載流子遷移率及載流子濃度載流子遷移率及載流子濃度變化，從而引起電阻率變化變化，從而引起電阻率變化。

7、 優點：優點：應變靈敏度高、機械滯后小、應變靈敏度高、機械滯后小、橫向效應小、體積小橫向效應小、體積小;能制成具有一定能制成具有一定應變電阻的元件應變電阻的元件.缺點：缺點：溫度穩定性差、靈敏度分散度溫度穩定性差、靈敏度分散度大，在較大應變作用下，非線性誤差大大，在較大應變作用下，非線性誤差大。 dRdR)21 (10電阻應變式傳感器的應用：測力電阻應變式傳感器的應用：測力11案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。12案例：沖床生產記數案例：沖床生產記數 和生產過程監測和生產過程監測13案例：機器人握力測量案例：機器人握力測量14案例：案例：振

8、動式地音入侵探測器振動式地音入侵探測器 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發現。洞、爆破等破壞行為均可及時發現。1516案例：案例：煤氣包儲量檢測煤氣包儲量檢測原理直接將代表煤氣包儲量的高度變化轉換為鋼絲的電阻變化煤氣包鋼絲特點：特點：（1）測量量程大；）測量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。17案例：案例：橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量原理在橋中設置一三角形障礙物，利用汽車沖擊障礙物對橋梁進行激勵，再通過應變片測量橋梁動態變形，得到橋梁固有頻率。4) 應用應用應變片上限測量頻率的限制因素：電橋激勵電源的頻率和應變片上限測量頻率的限制因素：電橋激勵電源的頻率和應變片的基長。一般上限測量頻率應在電橋激勵電源頻率應變片的基長。一般上限測量頻率應在電橋激勵電源頻率的的1/5-1/10;1/5-1/10;基長愈短，上限測量頻率可以愈高基長愈短，上限測量頻率可以愈高18(5) 應用應用案例：案例：