传感器-第4章(电阻式).ppt

第2章 电阻式传感器,半导体应变片及金属丝式应变片的结构,第2章 电阻式传感器 1,1、电阻应变式传感器与压阻式传感器的区别？,第2章 电阻式传感器 1,这里以金属丝为分析对象，设有一根长度为L、横截面积为A、电阻率为的金属丝，从物理学的知识，我们知道其电阻值R为,当沿金属丝的长度方向均匀受力时，上式的L、A、都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化。利用材料力学的知识，通过理论上的公式推导，并经过大量的实验证明，可以得到：电阻丝电阻的相对变化R/R与L/L的关系在很大范围内是线性的，即,第2章 电阻式传感器 1,上式中 Ks是一个与材料固有特性有关的一个常数，称为电阻单丝的灵敏度。从上式可以看出，应变与电阻变化率呈线性关系。使用应变片测量时，通常将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这样就能直接测量被测对象的应变。通过弹性敏感元件，可以将位移、力、力矩、加速度和压力等物理量转换为应变，从而可用应变片测量上述各量，而做成各种应变式传感器。,第2章 电阻式传感器 1,压阻式传感器应变片工作原理：压阻式传感器是利用半导体的压阻效应制成的。半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。其灵敏系数为 压阻式传感器的优点是：灵敏度高，测量元件尺寸小，频率响应高，横向效应小。但它的温度稳定性差，在较大的应变下，灵敏度的非线性误差大。所以用压阻式传感器进行测量的时候，必须要采取温度补偿，以消除温度对测量结果的影响。,金属丝受拉时，l变长、r变小，导致R变大 。,第2章 电阻式传感器 1,金属电阻丝应变效应,第2章 电阻式传感器 1,应变式力传感器,F,F,F,F,第2章 电阻式传感器 1,各种悬臂梁的安装,F,F,固定点,固定点,电缆,第2章 电阻式传感器 1,第2章 电阻式传感器 1,薄膜型应变片的外形,第2章 电阻式传感器 1,在平面力场中，为测量某一点上主应力的大小和方向，常需测量该点上两个或三个方向的应变。此需要把两个或三个应变片逐个粘结成应变花，或直接通过光刻技术制成。,第2章 电阻式传感器 1,应变片的粘贴： (1) 去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、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。,第2章 电阻式传感器 1,(2)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 。,第2章 电阻式传感器 1,(3)测量 ：从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。,(4)焊接：将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。,第2章 电阻式传感器 1,(5)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。,薄膜型及普通型铂热电阻,热电阻通常是用纯金属制成的，它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。当温度变化时，热电阻的电阻值随温度而变化。这样，用测量电路可将变化的电阻值转换成电信号输出，从而得到被测温度。,第2章 电阻式传感器 2,2、请解析热电阻传感器、电位器式的工作原理？,小型铂热电阻,第2章 电阻式传感器 2,防爆型铂热电阻,隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。,第2章 电阻式传感器 2,汽车用水温传感器及水温表,铜热电阻,第2章 电阻式传感器 2,可设定温度的温度控制箱,旋转式机械设定开关,拨码式设定开关,第2章 电阻式传感器 2,非标热敏电阻（续）,第2章 电阻式传感器 2,热敏电阻温度面板表,热敏电阻,LCD,第2章 电阻式传感器 2,热敏电阻体温表,第2章 电阻式传感器 2,电位器式传感器的工作原理,电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。电位器式传感器就是由电位器构成的，可以将直线位移、角位移转换为与其成为一定函数关系的电阻或电压输出,第2章 电阻式传感器 2,第2章 电阻式传感器 3,金属是由金属原子组成的晶格和自由电子组成的，实际参与导电的是自由电子。晶格是一直振动的，和分子的热运动相关。金属之所以有电阻是由于晶格对自由电子的定向移动的阻碍。而且由于温度越高，晶格震动越强烈，所以它的阻碍效应就越明显，这是金属电阻随温度升高而变大的原因。 对于半导体，它的电子基本都被束缚在原子核上。所以它需要一定的温度或者光来激发，是它的电子获得足够的能量，摆脱原子核的束缚，从而成为能够参与导电的粒子。所以温度升高，能够参与导电的粒子就越多，电阻就越小。,3、半导体和金属的电阻率与温度关系的区别？,第2章 电阻式传感器 （4）,热敏电阻温度系数远大于金属热电阻，所以灵敏度很高。 同温度情况下，热敏电阻阻值远远大于金属热电阻的阻值，所以导线电阻对测量影响极小，适合远距离测量。 (3) 热敏电阻Rtt曲线非线性严重，所以测量温度范围远小于金属热电阻。,热敏电阻的特性曲线,第2章 电阻式传感器 4,4、请分析右图中的台式称重传感器的应变片该怎么粘贴？并分析其变形情况。,5、请分析右图中的应变式荷重传感器的应变片该怎么粘贴？并分析其变形情况。,F,第2章 电阻式传感器 5,荷重传感器原理演示,荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。,第2章 电阻式传感器 5,应变式荷重传感器外形及受力位置（续）,F,F,第2章 电阻式传感器 5,第2章 电阻式传感器 5,a) 双孔梁 b) 单孔梁 c)、d) “S”形弹性元件,应变式数显扭矩扳手,可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2500N.m，耗电量10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。,第2章 电阻式传感器 7,7、举例说出应变式加速度传感器与应变式扭矩传感器的实际应用。,第2章 电阻式传感器 7,弹性敏感、正比,第2章 电阻式传感器 7,电子秤,磅秤,超市打印秤,远距离显示,第2章 电阻式传感器 7,电子天平,电子天平的精度可达十万分之一,第2章 电阻式传感器 7,人体秤,第2章 电阻式传感器 7,吊钩秤,便携式,第2章 电阻式传感器 7,压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片,隔离、承压膜片可以将腐蚀性的气体、液体与硅膜片 隔离开来。,第2章 电阻式传感器 7,压阻式固态 压力传感器 内部结构,信号处理电路,第2章 电阻式传感器 7,小型压阻式固态压力传感器（续）,呼吸、透析和注射泵设备中用的压力传感器,p1进气管,p2进气管,固态压力传感器,K传感器的灵敏度系数,第2章 电阻式传感器 7,投入式液位计,压阻式固态压力传感器用于投入式液位计：p1的进气孔用柔性不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力而与液体相通。,第2章 电阻式传感器 7,投入式液位传感器 投入式液位传感器安装方便，适应于深度为 几米 至 几十米，且混有 大 量 污物、杂质的水或其他液体的液位测量。,第2章 电阻式传感器 7,8、电位器式传感器的结构？有什么优缺点？,电阻丝：对电阻丝的要求：电阻率大，温度系数小，对铜的热电动势应尽可能小，对于细丝的表面要有防腐蚀措施，柔软，强度高。骨架：对骨架材料要求形状稳定(其热膨胀系数和电阻丝的相近)，表面绝缘电阻高，有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂和工程塑料等，也可用经绝缘处理的金属材料。电刷：用于传递电信号。,第2章 电阻式传感器 8,第2章 电阻式传感器 10,接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。,非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。,第2章 电阻式传感器 10,第2章 电阻式传感器,物理位置、 电压、 压力、 电信号,9、智能手机电阻触屏的工作原理？,第2章 电阻式传感器,圆周转动、 角位移型、 开关位置、 直线位移型、 齿轮齿条、 直线运动,10、请找出图所示电位器式传感器在电动阀门控制器的应用。思考：如果用角位移型电位式传感器检测有多少种安装方案？,第4章 电阻式传感器 设计题1,第4章 电阻式传感器 设计题1,第4章 电阻式传感器 设计题1,黄色部分是称重传感器，绿色的是不锈钢垫板。工作时果杯的底座安装在输送链条上，由链条带动往前输送，水果被放在轮子与悬臂之间形成的V型槽内，称重传感器被固定在机架上。当果杯被链条带到称重传感器上方时，传感器检测到重量的变化，以20次每秒的速度检测果杯的重量，然后把数据传输到计算机进行处理，经过对比去零后得到水果的重量。然后待果杯被送到卸料位置后，用电磁铁把果杯推侧翻卸料。,第4章 电阻式传感器 设计题1,果杯卸料设置：上图ABCDE均为开关式光电传感器，固定在机架上，相邻两果杯的距离为200mm。由于每两个果杯之间有一定的空隙，当机器开动时，果杯往前输送的过程中就会不断的触发该光电开关。对应BCDE是4个规格的出料口（B:200-300克，C:300-400克，D:400-500克，E:500-600克，）。,第4章 电阻式传感器 设计题1,工作时假如传感器检测到水果的重量为250克，这时光电开关A先把该水果定位,由于AB之间的距离为1400，两果杯的距离为200mm。当链条继续往前输送的时候，光电开关B只需要被触发7次，计算机就知道250克水果已经被送到相应的出料口了，这时就可以触发电磁铁将果杯推翻卸料。相应的CDE也用相同的办法卸料。,第4章 电阻式传感器 设计题1,设定重量时(略小于设定重量)、粗调过程、细调过程,第4章 电阻式传感器 设计题2,第4章 电阻式传感器 设计题3,方案一：直接测量压力变化 方案二：直接测量温度变化 方案三：直接测量位移 方案四：间接测量位移,第4章 电阻式传感器 设计题4,第4章 电阻式传感器 设计题4,对应C点，最佳方案是左右对称安装两个温度传感器。,A,B,C,第4章 电阻式传感器 设计题5,设计思路：批量检测铝合金棒，必须把物料整理排队，然后按相同的间距往前输送，然后在输送的过程中针对每一条棒料进行测量，然后才可以把不符合要求的物料剔除。 思考：为什么要等间距输送棒料？,第2章 电阻式传感器,第2章 电阻式传感器,