电阻式传感器

电阻式传感器：将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出

分类

  1. 电位器式
  2. 应变式：主要用于测力、力矩、加速度、重量
  3. 热电阻（金属）
  4. 热敏电阻（半导体）

工作原理

应变：物体在外部压力或拉力的作用下发生形变的现象
应变效应：导体或半导体材料在力的作用下，电阻值发生变化的现象
弹性应变：当外部的力去除后，物品又能够完全恢复到原来的尺寸和形状
弹性元件：具有弹性应变的物体做成的元件

注意：电阻应变片属于传感器中的“转换元件”

电阻的公式

R=ρLAR=\rho \frac{L}{A}

电阻丝的灵敏度系数

K=ΔR/Rϵ=1+2μ+ΔρρϵK=\frac{\Delta R/R}{\epsilon}=1+2\mu+\frac{\Delta\rho}{\rho\epsilon}

对于确定的材料（1+2u）是确定的,是个常数
u是电阻丝材料的泊松比

电阻应变片种类

应变片输入epsilon，输出R/delta R

ϵ=RδR\epsilon=\frac{R}{\delta R}

金属

K≈1+2μ (常数)K\approx1+2\mu\ (常数)

半导体

K≈Δρρϵ=πE (常数)K\approx\frac{\Delta\rho}{\rho\epsilon}=\pi E\ (常数)

做题公式

σ=FA\sigma=\frac{F}{A}

2.$$\epsilon=\epsilon_x=\frac{\sigma}{AE}=\frac{F}{AE}\qquad(竖着贴)$$

ϵ=ϵx×(−μ)(横着贴)\epsilon=\epsilon_x\times(-\mu)\qquad(横着贴)

K=ΔR/Rϵ=1+2μ+ΔρρϵK=\frac{\Delta R/R}{\epsilon}=1+2\mu+\frac{\Delta\rho}{\rho\epsilon}

电感式传感器

分类

  1. 自感式（变磁阻式）
  2. 互感式（变压器式）（电涡流式）

变磁阻电感式传感器（自感式）

工作原理：衔铁移动–>空气间隙厚度变化–>自感发生变化–>输出电感变化–>测量电路
线圈中电感量的定义：

L=ΨI=NϕIL=\frac{\Psi}{I}=\frac{N\phi}{I}

电感决定式：

L=N2Rm=N2μ0A02δL=\frac{N^2}{R_m}=\frac{N^2\mu_0A_0}{2\delta}

总结：

单线圈 差动结构
输出 ΔLL=1δ0\frac{\Delta L}{L}=\frac{1}{\delta_0} ΔLL0=2δ0Δδ\frac{\Delta L}{L_0}=\frac{2}{\delta_0}\Delta\delta
灵敏度 k=1δ0k=\frac{1}{\delta_0} k=2δ0k=\frac{2}{\delta_0}
非线性误差 γL=Δδδ0×100%\gamma_L=\frac{\Delta\delta}{\delta_0}\times100\% γ=(Δδδ0)2×100%\gamma=(\frac{\Delta\delta}{\delta_0})^2\times100\%

差动结构比单线圈k提高了1倍，非线性误差更小，线性度更好