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本章学****重点:电阻应变式传感器的工作原理及应用
传感技术与信号处理第2章
学****本课程所需的预备知识。
材料力学、电路基础、电子测量技术、电子线路。
教学提要(重难点)、课程内容、教学要求、实验指导。
弹性元件以及应变式传感器的应用是本章重点。从弹性元件的相关概念入手,逐一介绍弹性元件的一些概念以及特性,掌握常用的弹性元件。
应变传感器的工作原理基于应变效应,应变式传感器的测量电路采用直流电桥,根据使用应变片数量的不同,有三种接法。实际应用中常采用差动或全桥形式,不但可以提高灵敏度,还可以实现温度补偿。
电阻式传感器的基本转换原理是将各种被测非电量的变化转换成传感元件电阻值的变化,然后通过转换电路将电阻值的变化转换成电压或电流的输出。(电阻是电量中最常用的物理量之一,因此电阻式传感器的应用非常广泛。)
利用电阻式传感器可以对应变、力、位移、速度和加速度等参数进行测量。(一般说来,电阻式传感器结构简单,性能稳定,且灵敏度较高,有的还适合于动态测量)。
 线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘物上构成,电阻丝的种类很多,电阻丝的材料是根据电位器的结构、容纳电阻丝的空间、电阻值和温度系数来选择的。电阻丝越细,在给定空间内越获得较大的电阻值和分辨率。但电阻丝太细,在使用过程中容易断开,影响传感器的寿命。
通常电位器由电阻元件及电刷等组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动,也可以是转动,因而可以用于直线位移或角位移的测量。此外,还可以测量压力、速度等物理量。电位器式传感器结构简单,价格低,性能稳定,对环境条件要求高,输出信号大,但它的精度不高,由于摩擦和阻值的跳变,分辨率有限,动态响应较差.
1).原理与结构
123
1
3
2
直线型
旋转型
2).等效电路分析(一)
直滑(线)电位器式传感器的测量转换电路,
其输出电压Uo与滑动触点C的位移量X成
正比:
旋转电位器式传感器的测量转换电路,其
输出电压Uo与滑动臂的旋转角度成正比:
 为了克服线绕电位器存在的缺点,人们在电阻的材料及制造工艺上下了很多工夫,发展了各种非线绕电位器。
1).合成膜电位器     合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的,这种电位器的优点是分辨率较高、阻范围很宽(100—),耐磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性度较好等,其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。
2).金属膜电位器     金属膜电位器由合金、金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法,沉积在瓷基体上一层薄膜制成。 金属膜电位器具有无限的分辨率,接触电阻很小,耐热性好,它的满负荷温度可达70℃。与线绕电位器相比,它的分布电容和分布电感很小,所以特别适合在高频条件下使用。它的噪声信号仅高于线绕电位器。金属膜电位器的缺点是耐磨性较差,阻值范围窄,一般在10—100kΩ之间。由于这些缺点限制了它的使用。
3).导电塑料电位器     导电塑料电位器又称为有机实心电位器,这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好,使用寿命长,允许电刷接触压力很大,因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。此外,它的分辨率较高,线性度较好,阻值范围大,能承受较大的功率。导电塑料电位器的缺点是阻值易受温度和湿度的影响,故精度不易做得很高。
、印染、塑料薄膜、纸张等生产过程中,均需要测量它们在卷取过程中的张力并加以控制。布料张力测量及控制原理示意图。
传感技术与信号处理第2章