电阻式传感器的应用ppt课件

《电阻式传感器的应用ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电阻式传感器的应用ppt课件（72页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第二章第二章 电阻式传感器的应用电阻式传感器的应用本章学习本章学习电阻式传感器的原理及电阻式传感器的原理及应用，核应用，核心知识技能点：心知识技能点：（1)1)电阻应变式传感器的使用；电阻应变式传感器的使用；（2 2）直流电桥的应用；）直流电桥的应用；（3 3）扩散硅压力传感器的使用；）扩散硅压力传感器的使用；（4 4）三线制测温的应用。）三线制测温的应用。9/2/20231案例：玩具机器人（广州中鸣数码案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）9/2/20232 任务一：电阻应变式传感器在称重测量上的应用任务一：电阻应变式传感器在称重测量上的应用 一、任务描述与分析9/2/20233图21 电阻应变

2、式电子秤结构示意图9/2/20234图2-2常见的称重工具9/2/20235导体或半导体材料在外界力的作用下，导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为变化，这种现象称为应变效应应变效应。电阻应变式传感器主要由电阻应变片电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成及测量转换电路等组成。二、相关知识二、相关知识（一）什么是电阻应变式传感器（一）什么是电阻应变式传感器9/2/20236(二）什么是电阻二）什么是电阻应变效应应变效应 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l变长、变长、r变小，导致变小，导致R变大变大。9

3、/2/202379/2/20238设设有有一一长长度度为为、截截面面积积为为A、半半径径为为r、电电阻阻率率为为 的金属单丝，它的电阻值的金属单丝，它的电阻值R可表示为可表示为当当沿沿金金属属丝丝的的长长度度方方向向作作用用均均匀匀拉拉力力（或或压压力力）时时，上上式式中中、r、l都都将将发发生生变变化化，从从而而导导致致电电阻阻值值R发发生生变变化化。例例如如金金属属丝丝受受拉拉时时，l将将变变长长、r变变小小，均均导导致致R变变大大；又又如如，某某些些半半导导体体受受拉拉时时，将将变变大大，导致导致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

4、 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的的关关系系在在很很大大范范围围内内是是线性的，即线性的，即K电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度9/2/20239微应变微应变()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左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料会产生很大的变化，所以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=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的

5、的数数。x通通常常很很小小，常常用用10-6表表示示之之。例例如如，当当 x为为0.000001时时，在在工工程程中中常常表表示示为为1 10-6或或 m/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 10-3，即，即1000 m/m，否则有可能否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。超过材料的极限强度而导致断裂。9/2/202310应变片用于测量力应变片用于测量力F的的计算公式计算公式（补充知识，教材没有）（补充知识，教材没有）由由材材料料力力学学可可

6、知知，x=F/（AE），所所以以 R/R又可表示为又可表示为 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以及弹性以及弹性模量模量均为已知，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，的数值，即可获知试件受力即可获知试件受力的大小，例如可用于电子秤的的大小，例如可用于电子秤的称重。称重。9/2/202311（三）应变片的结构（三）应变片的结构 应变片可分为应变片可分为金属应变片金属应变片及及半导体应变片半导体应变片两大类。前者两大类。前者可分成可分成金属丝式、箔式、薄膜式金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用三种。目前箔式应变片应

7、用较多。较多。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、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。一次性试验。箔箔式式应应变变片片中中的的箔箔栅栅是是金金属属箔箔通通过过光光刻刻、腐腐蚀蚀等等工工艺艺制制成成的的。箔箔的的材材料料多多为为电电阻阻率率高高、热热稳稳定定性性好好的的铜铜镍镍合合金金。箔箔式式应应变变片片与与片片基基的的接接触触面面积积大大得得多多，散散热热

8、条条件件较较好好，在在长长时时间间测测量量时时的的蠕蠕变变较较小小，一一致致性性较较好好，适适合合于于大大批批量量生生产产。还还可可以以对对金金属属箔箔式式应应变变片片进进行行适适当当的的热热处处理理，使使其其线线胀胀系系数数、电电阻阻温温度度系系数数以以及及被被粘粘贴贴的的试试件件的的线线胀胀系系数数三三者者相相互互抵抵消消，从从而而将将温温度度影影响响减减小小到到最最小小的的程程度度，目目前前广广泛泛用用于于各各种种应应变变式传感器中。式传感器中。9/2/2023129/2/202313结构：结构：1、覆盖层、覆盖层（保护层，防潮、防蚀、（保护层，防潮、防蚀、防损）防损）2、基底（纸质或胶

9、质，很薄，、基底（纸质或胶质，很薄，0.020.04mm3、引出线、引出线（0.10.15mm低阻镀锡铜低阻镀锡铜线）线）4、粘合剂（固结基底，传递应变作、粘合剂（固结基底，传递应变作用）用）5、电阻丝（敏感栅）、电阻丝（敏感栅）核心元件：电阻丝，电阻核心元件：电阻丝，电阻值一般大于值一般大于100欧）欧）9/2/202314半导体应变片半导体应变片及金属及金属丝式应变片的结构丝式应变片的结构半导体应变片半导体应变片外形外形金属丝式应变片的金属丝式应变片的内部结构内部结构9/2/202315位移、力、力矩、加速度、压力位移、力、力矩、加速度、压力弹性敏感元件 应变 外力作用外力作用被测对象表面

10、产生微小机械变形被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化电阻值发生相应变化应变片应变片9/2/202316（四）应变片的种类、材料与参数（四）应变片的种类、材料与参数1金属丝式应变片金属丝式应变片金属丝式应变片有回线式和短接式二种，如金属丝式应变片有回线式和短接式二种，如图图2-5所示。所示。用在：要求不高的应变、应力的大批量、一用在：要求不高的应变、应力的大批量、一次性试验。次性试验。9/2/2023172.2.金属箔式应变片金属箔式应变片它是利用照相制版或光刻技术将厚约它是利用照相制版或光刻技术将厚约0.0030.0030.01mm0.01mm

11、的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。的金属箔片制成所需图形的敏感栅，也称为应变花。一致性较好，适合于大批量生产，广泛用于一致性较好，适合于大批量生产，广泛用于应变式传感器中。应变式传感器中。9/2/202318箔式应变片的外形箔式应变片的外形9/2/2023193金属薄膜应变片金属薄膜应变片薄膜应变片是薄膜技术发展的产物。它是薄膜应变片是薄膜技术发展的产物。它是采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘基片上形成厚度在基片上形成厚度在0.1m以下的金属电阻材料以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后加上保护层。薄膜的敏感栅，最后加上保护层。优点：应变

12、灵敏系数大，允许电流密度大，优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，可达工作范围广，可达197317。缺点：难于控制电阻与温度和时间的变化关缺点：难于控制电阻与温度和时间的变化关系系9/2/202320应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例 问题：上表中，哪几个型号是半导体应变片问题：上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？依据是什么？9/2/202321三、相关技能三、相关技能（一）电阻应变片的选择、粘贴技术（一）电阻应变片的选择、粘贴技术 在电阻应变片的使用中，应注意如下：在电阻应变片的使用中，应注意如下：1.1.目测电阻应变片有无折痕目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺

13、陷，有缺陷的应变断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。片不能粘贴。2.2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。用数字万用表测量应变片电阻值大小。3.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.4.应变片粘贴应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴在应变片基底上挤一小滴502502胶水，轻轻胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。5.5.焊线焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.6.用兆欧表检

14、查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M500M欧。欧。7.7.应变片保护：用应变片保护：用704704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。9/2/2023229/2/202323应变片的粘贴：应变片的粘贴：采用手持砂采用手持砂轮工具除去构件轮工具除去构件表面的油污、漆、表面的油污、漆、锈斑等，并用细锈斑等，并用细纱布交叉打磨出纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴细纹以增加粘贴力力，用浸有酒，用浸有酒精或丙酮的纱布精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦片或脱脂棉球擦洗。洗。9/2/202324贴片：在应变片贴片：在应变片的表面和处理过的粘

15、的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶均匀的粘贴胶 ，用，用镊子将应变片放上去，镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面揉和滚压，排出下面的气泡的气泡 。9/2/202325测量测量：从分：从分开的端子处，预开的端子处，预先用万用表测量先用万用表测量应变片的电阻，应变片的电阻，发现端子折断和发现端子折断和坏的应变片。坏的应变片。9/2/202326焊接：焊接：将将引线和端子用烙引线和端子用烙铁焊接起来，注铁焊接起来，注意不要把端子扯意不要把端子扯断。断。9/2/202327固定：固定：焊接后用胶焊

16、接后用胶布将引线和布将引线和被测对象固被测对象固定在一起，定在一起，防止损坏引防止损坏引线和应变片。线和应变片。9/2/202328（二）如何将电阻的变化转换为电压信号（二）如何将电阻的变化转换为电压信号 金属应变片的电阻变化范围很小，如果直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，接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，且误差很大。且误差很大。例例如，如，有一金属箔式应变片，标称阻值有一金属箔式应变片，标称阻值R R0 0为为100100，灵敏度，灵敏度K K=2=2，粘贴在横截面积为粘贴在横截面积为9.8mm9.8mm2 2的的钢质圆柱体上，钢的弹性模量钢

17、质圆柱体上，钢的弹性模量E E=2=2 10101111N/mN/m2 2，所受拉力所受拉力F F=0.2t=0.2t，受拉后应变片的阻值受拉后应变片的阻值R R 的变的变化量仅为化量仅为 ，所以必须使用不平衡电桥来测所以必须使用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换电路是如何将 R/R转换为输出电压转换为输出电压Uo的。的。0.2 9/2/202329测量转换电路测量转换电路不平衡电桥不平衡电桥 9/2/202330单臂桥电路，单臂桥电路，R R1 1、R R2 2、R R3 3为固定电阻，为固定电阻，R R4 4为电阻

18、应变片，为电阻应变片，U U为加载在电桥上的电源电压，我们先考虑它不变，为加载在电桥上的电源电压，我们先考虑它不变，U U0 0为输出电压。分析一下为输出电压。分析一下U U0 0与与R R4 4的关系。的关系。9/2/2023319/2/202332在实际使用中为了提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个在实际使用中为了提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个应变片接成差动的全桥工作方式，如图应变片接成差动的全桥工作方式，如图2-92-9所示所示 注意：试件注意：试件受力后，应受力后，应变片产生的变片产生的电阻增量正电阻增量正负号相间，负号相间，注意应变片注意应变片的粘贴方向。的粘贴方向。片片4片片3片片片

19、片129/2/202333（三）电子秤的标定（三）电子秤的标定片片19/2/202334应变式传感器广泛应用于称重和测力领域。应变式传感器广泛应用于称重和测力领域。一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；二是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。应变式传感器有两种类型：应变式传感器有两种类型：1 1、柱式力传感器、柱式力传感器2 2、梁式力传感器、梁式力传感器（四）常见商用电阻应变传感器的应用 9/2/202335FFFF图图2-11剪切剪切S梁结构电阻应变式传感器梁结构电阻应变式传感器 用在：机电结用在：机电结合秤、料斗秤、合秤、料

20、斗秤、包装秤等各种包装秤等各种测力、称重系测力、称重系统中统中.9/2/202336FF2-12轮辐式电阻应变式传感器轮辐式电阻应变式传感器 9/2/202337BK4轮辐式传感器系列轮辐式传感器系列 采用采用轮辐式式结构，高度低，抗偏构，高度低，抗偏抗抗侧能力能力强，测量精度高，性能量精度高，性能稳定定可靠安装方便，是大、中量程精度可靠安装方便，是大、中量程精度传感器中的最佳形式，广泛用于各种感器中的最佳形式，广泛用于各种电子衡器和各种力子衡器和各种力值测量，如汽量，如汽车衡、衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤道衡、吊勾秤、料斗秤技技术参数参数量程（量程（t）1，2，5，10，20，30，50供供桥

21、电压12VDC灵敏度灵敏度152mV/V输入阻抗入阻抗73020非非线性（性（%FS）0.03,0.05,0.1输出阻抗出阻抗70010重复性（重复性（%FS）0.03,0.05,0.1绝缘电阻阻2000M滞后（滞后（%FS）0.03,0.05,0.1工作温度工作温度-10+50允允许过负荷荷120%FS热零点偏移（零点偏移（%FS/10）9/2/202338FR1R2 R49/2/202339应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF用于：汽车衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤用于：汽车衡、轨道衡、吊勾秤、料斗秤9/2/202340外形图9/2/202341内部图外

22、形图展开图9/2/202342荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示荷重传荷重传感器上的应变感器上的应变片在重力作用片在重力作用下产生变形。下产生变形。轴向变短，径轴向变短，径向变长。向变长。9/2/202343案例：机器人握力测量案例：机器人握力测量9/2/202344案例：称重式料位计案例：称重式料位计9/2/202345案例：电子吊车秤案例：电子吊车秤荷重传感器安装在吊车上的方式荷重传感器安装在吊车上的方式传感器传感器防扭转臂防扭转臂信号电缆信号电缆荷重传感器安装在钢丝绳固定端方荷重传感器安装在钢丝绳固定端方式式传感器传感器动滑轮动滑轮卷扬筒卷扬筒定滑轮定滑轮9/2/202346各种悬臂梁

23、各种悬臂梁 图图2-13双孔悬臂梁电阻双孔悬臂梁电阻应变式传感器应变式传感器图图2-14悬臂剪切结构电阻应变式称重传感器悬臂剪切结构电阻应变式称重传感器9/2/202347各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆9/2/202348应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 9/2/202349图图2-152-15波纹管悬臂剪切波纹管悬臂剪切结构电阻称重传感器结构电阻称重传感器 图图2-16桥式电阻应变式桥式电阻应变式称重传感器称重传感器波纹管悬臂剪切结波纹管悬臂剪切结构电阻应变式称重传构电阻应变式称重传感器，广泛用于料斗感器，广泛用于料斗秤、皮带秤等电子衡秤、皮带

24、秤等电子衡器的一次转换。器的一次转换。桥式电阻应变式称桥式电阻应变式称重传感器，广泛用重传感器，广泛用于电子汽车衡、轨于电子汽车衡、轨道衡、料斗秤等测道衡、料斗秤等测量领域。量领域。9/2/202350图图2-17NS-WL1系列系列传感器外观传感器外观9/2/202351图图2-19电阻应变式传感器工业典型应用电阻应变式传感器工业典型应用9/2/202352补充应用补充应用：应变式扭矩传感器：应变式扭矩传感器9/2/202353应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械可用于汽车、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制造和家用电器

25、等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程装配扭矩。量程2500N.m，耗电量耗电量10mA，有公制有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。等功能。9/2/2023549/2/202355 应变式加速度传感器应变式加速度传感器 它它由由端端部部固固定定并并带带有有惯惯性性质质量量块块m m的的悬悬臂臂梁梁及及贴贴在在粱粱根根部部的的应应变变片片、基基座座及及外外壳壳等等组组成成，是是一一种种惯惯性式性式传传感器。感器。测测量量时时，根根据据所所测测振振动动体体加加速速度度的的方方向向，把把传传感感器器固固定定在在被被测测部部位位。当当被被测测点点的的加加速

26、速度度沿沿图图中中箭箭头头n n所所示示方方向向时时，悬悬臂臂粱粱自自由由端端受受惯惯性性力力F F硼硼的的作作用用，质质量量块块向向箭箭头头。相相反反的的方方向向相相对对于于基基座座运运动动，使使梁梁发发生生弯弯曲曲变变形形，应应变变片片电电阻阻发发生生变变化化，产产生生输输出出信信号号，输输出出信信号号大大小小与加速度成正比。与加速度成正比。质量块质量块M9/2/202356案例：案例：振动式地音入侵探测器振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。9/2/202357

27、9/2/202358汽车衡汽车衡9/2/202359汽车衡汽车衡（以下参考（以下参考北京远亚兴业商贸有限公司资料）9/2/202360汽车衡汽车衡称重系统称重系统9/2/202361荷重传感器应用估算荷重传感器应用估算 在上面介绍过的汽车衡示意图中，共使用了在上面介绍过的汽车衡示意图中，共使用了4个个荷重传感器，量程荷重传感器，量程Fm=20t，灵敏度灵敏度KF=2.5mV/V，使用使用4个独立的桥路电源，每一个电源电压均相等，个独立的桥路电源，每一个电源电压均相等，Ui=12V，四个荷重传感器的输出串联，总的输出电四个荷重传感器的输出串联，总的输出电压压Uo=24mV，请估算汽车的质量。请估

28、算汽车的质量。汽车在钢板上有少许的前、后、左、右偏位，汽车在钢板上有少许的前、后、左、右偏位，是否会影响测量结果？为什么？是否会影响测量结果？为什么？9/2/202362荷重传感器用于构件荷重传感器用于构件的称重的称重 荷重传感器荷重传感器（共（共3个，个，120度分布，以达到度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）均衡目的，另两个未拍出）底座底座垫块垫块电缆电缆9/2/202363电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示9/2/202364电子天平电子天平电子天平的精度电子天平的精度可达十万分之一可达十万分之一9/2/202365人体秤人体秤 9/2/202366吊钩秤吊钩秤 便携式便携式9/2/2023676.电阻应变仪电阻应变仪下图所示的静态应变仪测量范围：下图所示的静态应变仪测量范围：19999；分辨率：分辨率：1；电桥电压：直流电桥电压：直流2.5V；应变片：应变片：120或其他阻值；或其他阻值；测量点数：测量点数：8/16点；点；9/2/202368电阻应变仪（续）电阻应变仪（续）接线端子接线端子9/2/2023699/2/202370材料应变的测量材料应变的测量斜拉桥上的斜拉绳斜拉桥上的斜拉绳应变测试应变测试 9/2/2023719/2/202372