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1、 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院13.2 电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式变阻器式、电阻应变式电阻应变式1 变阻器式传感器变阻器式传感器:分辨力不高，有噪声。用于线、角位移测量分辨力不高，有噪声。用于线、角位移测量 (1) 原理原理1 2 3 132直线型直线型旋转型旋转型结构简单，使用方便，分辨力不高；用于伺服
2、记录仪或电子电位结构简单，使用方便，分辨力不高；用于伺服记录仪或电子电位差计等差计等 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院2等效电路分析等效电路分析: Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0 x 100%100%Output 0负载效应负载效应 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中
3、南大学交通运输学院中南大学交通运输学院3电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电电阻阻应应变变式式传传感感器器是是利利用用电电阻阻应应变变片片将将应应变变转转换换为为电电阻阻变变化化的的传传感感器器, , 传传感感器器由由在在弹弹性性元元件件上上粘粘贴贴电电阻阻应应变变敏敏感感元元件件构构成成。 当当被被测测物物理理量量作作用用在在弹弹性性元元件件上上时时, , 弹弹性性元元件件的的变变形形引引起起应应变变敏敏感感元元件件的的阻阻值值变变化化, , 通通过过转转换换电电路路将将其其转转变变成成电电量量输输出出, , 电电量量变变化化的的大小反映了被测物理量的大小。大小反映了被测物理量的大小。 应应
4、变变式式电电阻阻传传感感器器是是目目前前测测量量力力、力力矩矩、 压压力力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院4金属电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理金金属属电电阻阻应应变变片片的的工工作作原原理理是是基基于于金金属属导导体体的的应应变变效效应应，即即金金属属导导体体在在外外力力作作用用下下发发生生机机械械变变形形时时，其其电电阻阻值值随随着着它它所所受机械变形受
5、机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。 如图 所示, 一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为式中: 电阻丝的电阻率; L电阻丝的长度; S电阻丝的截面积。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院5应变片的电阻应变片的电阻R为为dL/L是长度相对变化量, 用应变表示 在弹性范围内, 金属丝受拉力时, 沿轴向伸长, 沿径向缩短, 那么轴向应变和径向应变的关系可表示为 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节
6、节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院6 金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层和引线等部分组成。敏感栅是应变片的核心部分, 它粘贴在绝缘的基片上, 其上再粘贴起保护作用的覆盖层, 两端焊接引出导线。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院7 金属应变片的横向效应金属应变片的横向效应 将应变片粘贴在被测试件上时, 其敏感栅由直线段和半圆弧段组成, 圆弧段电阻
7、的变化小于同样长度直线段电阻丝电阻的变化。将直的电阻丝绕成敏感栅后, 敏感栅的电阻变化较小, 因而其灵敏系数较电阻丝的灵敏系数小，这种现象称为应变片的横向效应。 敏感栅愈窄敏感栅愈窄, 基长愈长的应变计基长愈长的应变计, 其横向效应引起的误差越小。其横向效应引起的误差越小。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院8温度误差温度误差温度误差产生的原因 由于环境温度改变而带来的误差, 称为应变计的温度误差, 又称热输出。 产生温度误差的原因有二: (1) 敏
8、感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。 (2) 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院9对半导体应变片对半导体应变片半导体应变计半导体应变计工作原理：工作原理：基于半导体的压阻效应基于半导体的压阻效应.压阻效应指单晶半导体材压阻效应指单晶半导体材料在沿轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。料在沿轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。单晶半导体在受外力作用时，原子点阵排列规
9、律发生变化，单晶半导体在受外力作用时，原子点阵排列规律发生变化，导致导致载流子迁移率及载流子浓度载流子迁移率及载流子浓度变化，从而引起电阻率变化变化，从而引起电阻率变化。 优点：优点：应变灵敏度高、机械滞后小、应变灵敏度高、机械滞后小、横向效应小、体积小横向效应小、体积小;能制成具有一定能制成具有一定应变电阻的元件应变电阻的元件.缺点：缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度温度稳定性差、灵敏度分散度大，在较大应变作用下，非线性误差大大，在较大应变作用下，非线性误差大。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通
10、运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院10电阻应变式传感器的应用：测力电阻应变式传感器的应用：测力 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院11案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院12案例：冲床生产记数案例：冲床生产
11、记数 和生产过程监测和生产过程监测 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院13案例：机器人握力测量案例：机器人握力测量 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院14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
12、可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院15 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院16案例：案例：煤气包储量检测煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：特点：（1）测量量程大；）测量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可
13、靠；（4）成本低。）成本低。 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院17案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车冲击障碍物对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。4) 应用应用应变片上限测量频率的限制因素：电桥激励电源的频率和应变片上限测量频率的限制因素：电桥激励电源的频率和应变片的基长。一般上限测量频率应在电桥激励电源频率应变片的基长。一般上限测量频率应在电桥激励电源频率的的1/5-1/
14、10;1/5-1/10;基长愈短，上限测量频率可以愈高基长愈短，上限测量频率可以愈高 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院18(5) 应用应用案例：案例： 重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备重量设定原材料 比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运
15、输学院19应用应用6 6：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院20计算题计算题 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院21赠送精美图标 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电
16、阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院221、字体安装与设置、字体安装与设置如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。1.在“开始”选项卡中，点击“替换”按钮右侧箭头，选择“替换字体”。（如下图）2.在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）3.在“替换为”下拉列表中选择替换字体。4.点击“替换”按钮，完成。222、替换模板中的图片、替换模板中的图片模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。方法一：更改图片方法一：更改图片1.选中模版中的图片（有些图片
17、与其他对象进行了组合，选择时一定要选中图片本身，而不是组合）。2.单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）注意：注意：为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。22 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院23PPT放映设置PPT放映场合不同，放映的要求也不同，下面将例举几种常用的放映设置方式。让让PPT停止自动播放停止自动播放1. 单击”幻灯片放映”选项卡，去除“使用计时”选项即可。让让PPT进行循环播放进行循环播放1.
18、单击”幻灯片放映”选项卡中的“设置幻灯片放映”，在弹出对话框中勾选“循环放映，按ESC键终止”。23 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院24赠送精美图标 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院251、字体安装与设置、字体安装与设置如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。1.在
19、“开始”选项卡中，点击“替换”按钮右侧箭头，选择“替换字体”。（如下图）2.在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）3.在“替换为”下拉列表中选择替换字体。4.点击“替换”按钮，完成。252、替换模板中的图片、替换模板中的图片模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。方法一：更改图片方法一：更改图片1.选中模版中的图片（有些图片与其他对象进行了组合，选择时一定要选中图片本身，而不是组合）。2.单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）注意：注意：为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。25 第三章第第三章第第三章第第三章第2 2节节节节 电阻式电阻式电阻式电阻式 传感器传感器传感器传感器 中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院中南大学交通运输学院26PPT放映设置PPT放映场合不同，放映的要求也不同，下面将例举几种常用的放映设置方式。让让PPT停止自动播放停止自动播放1. 单击”幻灯片放映”选项卡，去除“使用计时”选项即可。让让PPT进行循环播放进行循环播放1.单击”幻灯片放映”选项卡中的“设置幻灯片放映”，在弹出对话框中勾选“循环放映，按ESC键终止”。26
