第三讲_电阻传感器原理

工程测试技术基础

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传感器测量原理(1) 传感器测量原理本章学习要求： 本章学习要求： 1.掌握电阻式传感器的工作原理 2.了解电阻式传感器的结构、分类 了解电阻式传感器的结构、 3.了解电阻传感器的测量电路 4.了解电阻传感器的应用

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概述1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转 换成另一种信息的装置。 换成另一种信息的装置。

物理量

电量

目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲， 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。 号转换成电信号的装置。

传感器的组成被测量

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电量

敏感元件

转换元件

基本转换电路

辅助电源敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某 一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电 路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电 路),便可转换成电量输出。

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弹性敏感元件(弹簧管) 弹性敏感元件(弹簧管)敏感元件在传感器中直接感受被测量， 敏感元件在传感器中直接感受被测量，并 转换成与被测量有确定关系、 转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非 电量。 电量。

P418

弹簧管(布尔登管) 弹簧管 布尔登管)将压力转换 布尔登管 为角位移α 为角位移

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,

,有些传感器 简单，有些 有些 的 。气 体 压 力 传 感 器

,

最简单的传感器由一个敏感元件(兼 转换元件)组成，它感受被测量时直 接输出电量，如热电偶。有些传感 器由敏感元件和转换元件组成，没 有转换电路，如压电式加速度传感 器， 量 敏感元件，压电 转换元件。有些传感器， 转换元件 一个， 转换。 由 的 转换电路 输出电 转换电路 ，

热电偶 压电加速度传感器

电 转换电路

。

,

传感器 一。

传感器的组成

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传感器的分类1、按照被测物理量，分为位移、压力、振动、温 度传感器等，表明传感器的用途 2、按传感器的工作机理，分为结构型与物性型1) 结构型传感器：依赖结构参数的变化实现信息转换

2)物性型传感器：依赖敏感元件的物理特性的变化实现信息转换

3、按传感器使用电源与否：分为有源传感器和无 源传感器；按传感器的能量转换情况，分为能量控 制型传感器和能量转换型传感器

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4、按照工作原理分类：十大类电阻式 电感式 磁电式 压电式

电容式 光电式 热电式 陀螺式 机械式 流体式

5、按传感器输出信号，分为开关型、模拟型和数字型 开关型、

P163 表4.1 常用传感器类型及作用原理

传感器测量原理( ) 第二讲 传感器测量原理(1)

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2.2 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 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一 种传感器, 种传感器,

R=

ρ lA

3个参数中的1个或数个发生 变化，电阻R就变化！

按工作的原理可分为 变阻器式、电阻应变式、热敏 按工作的原理可分为:变阻器式 电阻应变式、 按工作的原理可分为 变阻器式、 式、光敏式、压阻式. 光敏式、压阻式

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变阻器式传感器( 一、 变阻器式传感器(电位器式传感器)

(一)变阻器式传感器的构造与原理 1.机械结构 2.物理模型 3.数学模型L x

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变阻式传感器

等效电路分析: 等效电路分析: l 电位计电阻元件长; l 电位计电阻元件长; x 电刷移动量. x 电刷移动量. R 总电阻; R 总电阻; Rx电刷电阻; R 电刷电阻;

x,Rx

l,R l R = x Rx

Ui = Uo

Ui Uo

R Rx = x = K R x l

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电位计 电位计空载输出电压 Ui

U

o

Ui = x = KU x l

U0

0

xl

当电位计结构及电源电压确定后，理想线性电位计 KR和KU为常数，因此线性电位计输出电压与电刷位移 (或转角)成呈线性关系。

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动手做一做 如何变成传感器? 一个具体的工程实例: 请将电位器接入实际身高测量应用中.

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(二)工程应用中存在的问题1.结构误差 阶梯特性与阶梯误差U Um

l

阶梯误差是一种原理误差，它限制了电位计的精 度和分辩力。

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(1) 阶梯特性 输出电压随x的变化是不连 续的，而是阶梯形的折线。 (2) 阶梯误差 理论特性曲线：通过每个阶 梯中点的曲线。 阶梯误差：阶梯形曲线围绕 理论特性曲线上下波动产生的 偏差。

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2.负载特性 负载特性与负载误差R0-R

U0R RLV

Usc

RRL U sc = U 0 2 RL R0 + R0 R R

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U

0

l

若使非线性误差<2%,必须有RL>(10~20) R

R m= RL

m为电位计的负载系数