电阻、电容式位移.ppt
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1、传感器与检测技术传感器与检测技术项目二:位移、速度、流量传感器及其应用参量型位移传感器 参量型位移传感器工作原理:参量型位移传感器工作原理:将被测物理量转化为电参数,即电阻、电容或电感等。将被测物理量转化为电参数,即电阻、电容或电感等。此类传感器式属于结构型,将机械结构位移、变形等非此类传感器式属于结构型,将机械结构位移、变形等非电量转换成电量,是基于测量物体受力变形而产生应变电量转换成电量,是基于测量物体受力变形而产生应变的一种传感器。的一种传感器。测量位移常用的传感器:测量位移常用的传感器:测量位移常用方法:测量位移常用方法:机械法、光测法、电测法。电测法:电测法:利用各种传感器将位移量变
2、换成电量或电参数,再经后接测量仪器进步变换,完成对位移检测的一种方法。电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式等栅式、光电式等线位移定义:线位移定义:指机构沿着某一条直线移动的距离。指机构沿着某一条直线移动的距离。线位移的测量又称线位移的测量又称长度测量。长度测量。测量线位移常用的传感器有测量线位移常用的传感器有电阻式、电感式、差动变压电阻式、电感式、差动变压器式以及感应同步器、磁尺、光栅、激光位移计器式以及感应同步器、磁尺、光栅、激光位移计等。等。角位移定义:角位移定义:指机构沿着某一定点转动的角度。指机构沿着某一定点转动的
3、角度。角位移的测量又称角位移的测量又称角度测量角度测量测量角位移常用的传感器有测量角位移常用的传感器有旋转变压器、码盘、编码器、旋转变压器、码盘、编码器、圆形感应同步器圆形感应同步器等。等。一、一、工作原理工作原理 l电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理特性。寸和物理特性。第一部分第一部分 电阻式位移传感器电阻式位移传感器 由上式可知,改变其中任意参数都可使电阻值由上式可知,改变其中任意参数都可使电阻值发生变化。电位计(电位器)和应变片就是根据这发生变化。电位计(电位器)和应变片就是根据这原理制成的。原理制成的。导体电阻率导体电阻率(m)
4、(m)L L 导体长度导体长度(m)(m)S S 导体横截面积导体横截面积(m2)(m2)二、结构与等效电路二、结构与等效电路电位计的等效电路电位计的等效电路补充:应变片式位移传感器补充:应变片式位移传感器 设有一长度为设有一长度为l l、截面积为、截面积为A A、半径为、半径为r r、电阻率为、电阻率为 的金属单丝,它的电阻值的金属单丝,它的电阻值R R 可表示为可表示为:当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力)时,当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力)时,上式中上式中、r r、l l都将发生变化,从而导致电阻值都将发生变化,从而导致电阻值R R发生变发生变化。化。一、应变片的工作原理
5、一、应变片的工作原理 例如例如,金属丝受拉时,金属丝受拉时,l l变长、变长、r r变小,导致变小,导致R R 变大变大 。又如又如,某些半导体受拉时,某些半导体受拉时,将变大,导致将变大,导致R R变大。变大。实实验验证证明明,电电阻阻丝丝及及应应变变片片的的电电阻阻相相对对变变化化量量 R R R R与与材材料料力力学学中中的的轴轴向向应应变变 x x的的关关系系在在很很大大范范围围内内是线性的,即是线性的,即 K K电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度 对于不同的金属材料,对于不同的金属材料,K K 略微不同,一般为略微不同,一般为2 2左右。左右。而对半导体材料而言,由于其感受到应变时
6、,电阻率而对半导体材料而言,由于其感受到应变时,电阻率 会产生很大的变化,所以会产生很大的变化,所以半导体材料灵敏度比金属材料半导体材料灵敏度比金属材料大几十倍大几十倍。在在材材料料力力学学中中,x x =l l/l/l称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变,也也称称纵纵向向应应变变,是是量量纲纲为为1 1的的数数。x x通通常常很很小小,常常用用1010-6 6表表示示之之。例例如如,当当 x x为为0.0000010.000001时时,在在工工程程中中常常表表示示为为1 1 1010-6-6或或 m/mm/m。在在应应变变测测量量中中,也也常常将将之之称称为为微微应应变变()()。对金属
7、材料而言,当它受力之后所产生的轴向应对金属材料而言,当它受力之后所产生的轴向应变最好不要大于变最好不要大于1 1 1010-3-3,即,即10001000 m/mm/m,否则有可能超,否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。过材料的极限强度而导致断裂。应变片用于测量力应变片用于测量力F F 的计算公式的计算公式 由由材材料料力力学学可可知知,x x=F F/(AEAE),所所以以 R R/R R又又可可表示为表示为 如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K K 和试件的横截面积和试件的横截面积A A以及弹以及弹性模量性模量均为已知,则只要设法测出均为已知,则只要设法测出 R R/R R的数值,即
8、的数值,即可获知试件受力可获知试件受力的大小,的大小,例如可用于电子秤的称重例如可用于电子秤的称重。二、应变片的种类结构与粘贴二、应变片的种类结构与粘贴金属应变片金属应变片半导体应变片半导体应变片金属丝式金属丝式箔式箔式薄膜式薄膜式1 1、类型结构、类型结构lbl称应变片的标距或工作基长;b称应变片的 工作宽度b*l称应变片的规格(1 1)金属丝式)金属丝式 金属丝式应变片使用最早,有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大,金属丝易脱胶,有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜,多用于应变、应力的大批量、一次性试验。金属丝式应变片的金属丝式应变片的内部结构内部结构(2 2)箔式)箔式 箔式应
9、变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多,散热条件较好,在长时间测量时的蠕变较小,一致性较好,适合于大批量生产。箔式应变片的外形箔式应变片的外形(3 3)薄膜式)薄膜式 真空蒸镀技术制成,特点同上。(4 4)半导体应变片)半导体应变片 半导体应变片灵敏度高,横向效应小,但热稳定性差、电阻与应变间的非线性严重。使用时,需进行非线性补偿。应变片主要性能指标应变片主要性能指标 上表中,哪几个型号是半导体应变片?依据是什么?上表中,哪几个型号是半导体应变片?依据是什么?(1)去污去污:采用手持砂轮工具除去构件表
10、面的油污、漆、锈斑等,并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力,用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。2 2、应变片的粘贴、应变片的粘贴 (2 2)贴片贴片:在应变片的表面和处理过的粘贴表面上,各涂一层均匀的粘贴胶,用镊子将应变片放上去,并调好位置,然后盖上塑料薄膜,用手指揉和滚压,排出下面的气泡。(3)测量测量:从分开的端子处,预先用万用表测量应变片的电阻,及早发现端子折断和坏的应变片。(4)焊接焊接:将引线和端子用烙铁焊接起来,注意不要把端子扯断。(5)固定固定:焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起,防止损坏引线和应变片。三、测量转换电路三、测量转换电路 金属应变片的电阻变化范围很小,如果
11、直接用欧金属应变片的电阻变化范围很小,如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难,且误差很大。姆表测量其电阻值的变化将十分困难,且误差很大。例如,例如,有一金属箔式应变片,标称阻值R0为100,灵敏度K=2,粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上,钢的弹性模量E=21011N/m2,所受拉力F=0.2t,受拉后应变片的阻值R 的变化量仅为0.2,所以必须使用不平衡电桥不平衡电桥来测量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转换电路是如何将R/R转换为输出电压Uo的。不平衡电桥不平衡电桥 电桥平衡条件:电桥平衡条件:R R1 1/R R2 2=R R4 4/R R3 3电桥调零电桥调零 调节调
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- 关 键 词:
- 电阻 电容 位移
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