1、第2章 電阻式傳感器 電阻式傳感器的種類繁多，應用廣泛，其基本原理是將被測物理量的變化轉換成電阻值的變化，再經相應的測量電路而最后顯示被測量值的變化。 電阻式傳感器與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、測加速度、測扭矩、測溫度等測試系統。目前已成為生產過程檢測以及實現生產自動化不可缺少的手段之一。 下頁返回圖庫第2章 電阻式傳感器2.1電位器式傳感器2.2應變片式傳感器本章要點下頁上頁返回圖庫2.1 電位器式傳感器電位器是一種常用的機電元件，廣泛應用于各種電器和電子設備中。它主要是一種把機械的線位移或角位移輸入量轉換為與它成一定函數關系的電阻或電壓輸出的傳感元件來使用。它們主要用于測

2、量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數。 電位器式傳感器具有一系列優點，如結構簡單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號大、性能穩定并容易實現任意函數。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。電位器的種類很多，按其結構形式不同，可分為線繞式、薄膜式、光電式等；按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。目前常用的以單圈線繞電位器居多。下頁上頁返回圖庫2.1.1 線性電位器線性電位器的空載特性 圖2-1電位器式位移傳感器原理圖 圖2-2電位器式角度傳感器 圖2-3線性線繞電位器示意圖階梯特性、階梯誤差和分辨率 圖2-4局部剖面和階梯特性圖 圖2-5理想階梯特性曲線下頁上頁返回圖庫2.1.

3、2 非線性電位器非線性電位器是指在空載時其輸出電壓(或電阻)與 電刷行程之間具有非線性函數關系的一種電位器，也稱函數電位器。常用的非線性線繞電位器有變骨架式、變節距式、分路電阻式及電位給定式四種。圖2-6變骨架電位器下頁上頁返回圖庫2.1.3 負載特性與負載誤差圖2-7 帶負載的電位器電路圖2-8 電位器的負載特性曲線族圖2-9 電位器負載誤差曲線圖2-10 非線性電位器的空載特性與線性電位器 的負載特性的鏡象關系下頁上頁返回圖庫2.1.4 電位器的結構與材料由于測量領域的不同，電位器結構及材料選擇有所不同。但是其基本結構是相近的。電位器通常都是由骨架、電阻元件及活動電刷組成。常用的線繞式電位

4、器的電阻元件由金屬電阻絲繞成。 圖2-11 某些電刷結構 圖2-12 YCO-150型壓力傳感器原理圖 圖2-13 膜盒電位器式壓力傳感器原理圖下頁上頁返回圖庫2.1.5 電位器式傳感器應用舉例圖2-14 電位器式位移傳感器示意圖圖2-15 測小位移傳感器示意圖圖2-16 電位器式加速度傳感器示意圖下頁上頁返回圖庫2.2 應變片式傳感器電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片主要特性溫度誤差及補償應變片式電阻傳感器的測量電路應變片式電阻傳感器的應用舉例下頁上頁返回圖庫2.2.1 電阻應變片的工作原理 電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發生變化。 圖2-17

5、 金屬絲伸長后幾何尺寸變化下頁上頁返回圖庫2.2.2 金屬電阻應變片主要特性 金屬電阻應變片結構及材料 圖2-18 金屬絲式應變片的基本結構 圖2-19 箔式應變片的基本結構 圖2-20 各式箔式應變花下頁上頁返回圖庫2.2.2 金屬電阻應變片主要特性 電阻應變片主要特性 靈敏系數 橫向效應 機械滯后，零漂及蠕變 溫度效應 應變極限、疲勞壽命 動態響應特性圖2-21 機械滯后 圖2-22 應變極限下頁上頁返回圖庫2.2.3 溫度誤差及補償 在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數t及柵絲與試件膨脹系數(g及s)之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實應變同數量級的誤差。必須采取補償溫度誤差

6、的措施。通常溫度誤差補償方法有兩類：自補償法 1單絲自補償法 2組合式自補償法線路補償法 圖2-27 電橋補償法 圖2-28 差動電橋補償法下頁上頁返回圖庫2.2.4 應變片式電阻傳感器的測量電路 直流電橋 直流電橋平衡條件 直流電橋電壓靈敏度 電橋的非線性誤差 交流電橋 交流電橋的平衡條件 交流應變電橋的輸出特性及平衡調節 圖2-29 直流電橋 圖2-30 交流電橋下頁上頁返回圖庫2.2.4 應變片式電阻傳感器的測量電路應變片式傳感器對應變產生的電阻變化量很小，通常是在幾個歐姆以下。要求測量電路必須能夠測量微小電阻的變化。電橋電路是最常用的測量微小電阻變化的電路。為了提高電橋靈敏度或為進行溫

7、度補償，在橋臂中往往安置多個應變片。應變電橋多采用交流電源供電。下頁上頁返回圖庫2.2.5 應變片式電阻傳感器的應用舉例下頁上頁返回圖庫柱式力傳感器（a）實心圓柱；（b）空心圓筒； 圖2-19 柱式力傳感器FF面積S-1+2-2+1截面積SF(a)實心圓柱(b)空心圓柱F軸向布置一個或幾個應變片，在圓周方向布置同樣數目的應變片，后者取符號相反的應變，以構成差動對。由于應變片沿圓周方向分布，所以非軸向載荷分量被補償。下頁上頁返回圖庫R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF彈性元件上應變片的粘貼和電橋連接，應盡可能消除偏心和彎矩的影響，一般將應變片對稱地貼在應力均勻

8、的圓柱表面中部，構成差動對,且處于對臂位置，以減小彎矩的影響 。橫向粘貼的應變片具有溫度補償作用。下頁上頁返回圖庫(2)梁式力傳感器結構簡單，易加工，靈敏度高適合于測5000N以下的載荷 b0R1R2l0lFbh 等截面懸臂梁FhR1、R4lR2、R34只應變片此位置上下兩側分別粘有4只應變片，R1、R4同側；R3 、R2同側，這兩側的應變方向剛好相反，且大小相等，可構成全差動電橋。下頁上頁返回圖庫b0R1R2XlFbh 等強度懸臂梁 集中力F作用于梁端三角形頂點上，距作用力任何距離的截面上應力均相等下頁上頁返回圖庫 雙端固定梁R4R3R2R1FUU 雙彎曲梁下頁上頁返回圖庫S型拉壓傳感器懸臂梁式傳感器雙孔梁式傳感器橋式傳感器下頁上頁返回圖庫薄壁圓環式力傳感器 實例1. 應變式加速度傳感器在低頻（1060Hz）振動測量中得到廣泛的應用,但不適用于頻率較高的振動和沖擊。 應變式加速度傳感器結構示意圖1等強度梁 2質量塊 3殼體 4電阻應變片(a) 微壓傳感器傳壓桿感壓膜圖2-27 應變式傳感器測容器內液位電阻應變片（反、正兩面共4片）E2R1R3RLR2R4U0R1R3RLR2R4實例2. 應變式傳感器測容器內液位 (b)原理：電機-轉角 -應變片 -電阻實例3.實例4. 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