一、填空题： 1、电位移传感器是将1、电位器式传感器是一种将转换 成的传感器。 2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为 2、常用弹性敏感元件一般用制成。 3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是，电阻应变片的制作材料分为和两种。它们收到外力电阻发生变化，第一种是由形成的，第二种是由造成的。的灵敏度较大。 4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。 5、应变测量电桥的三种接法是、、。输出电压分别为、、。电桥转换电路，因接法不同，灵敏度也不同，的灵敏度最大，实验证明输出电压与应变或受力成（线性/非线性）关系。 6、要使直流电桥平衡，必须使相对桥臂的电阻值的相等。 7、电阻应变效应做成的传感器可以测量、、。 8、测温热电阻分为和。 9、MQN气敏电阻可测量。TiO2气敏电阻可 测量。 10、带有调零、调满度的热电阻测量转换电路调试过程的步骤是 _____。若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往_____调。 11、测温热电阻分按结构分为___ 、___ _、__ 热敏电阻按温度系数又可分___ 、_ _。 12、湿敏电阻传感器按结构形式分为___ 、___ 、 _。 13、在下图控制电路中R t应选用________（PTC/NTC）。 二、选择题 1、将应变片贴在上，可以分别做成测量位移、力、加速度传感器。 A试件 B质量块 C应变电阻弹性元件 D机器组件 2、产生应变片误差的主要原因。 A电阻有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应变力方向不同 3、应变片的标称电阻3、电阻应变片的标称电阻有几种，应用3、、
A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻 B电容 C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择 的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。 灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可 用传感器来测量 A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串
第二章 电阻式传感器 电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路和装置显示或记录被测量值的变化。按其工作原理可分为变阻器式（电位器式）、电阻应变式和固态压阻式传感器三种。 1、教学内容 (1).应变效应 (2).电阻应变片的结构和种类 (3).电阻应变片的主要特性（静态、动态） (4).应变式传感器测量电路的特性分析及其补偿 (5).压阻式传感器工作原理及特点 (6).电阻式传感器应用举例 2、教学要求 (1).理解应变效应、应变式传感器工作原理及特性 (2).掌握测量电路特性分析及补偿方法 (3).掌握电阻式传感器的典型应用 (3).了解电阻式传感器的结构、及压阻式传感器基本知识 3、教学重点及难点： 应变效应、电阻应变片工作原理、测量电路特性分析、典型应用 2.1 变阻器式传感器 1、变阻器式传感器工作原理 变阻器式传感器也称电位器式传感器，其工作原理是将物体的位移转换为电 阻的变化。根据式：x x l R k R R x ??＝＝ （2-1） 式中k R ――电位器的电阻灵敏度。 则电刷位移x 的电压输出U 0为：x x l U k U U ??＝＝0 （2-2）式中k U ――电位器的电压灵敏度。 当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R 随导线长度l 而变化。常用电位器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等，如图2-1所示。 图2-1 变阻式传感器 （c ）非线性型 （b ）角位移型 （a ）直线位移型
2、变阻式传感器的优缺点 变阻式传感器的优点是：(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函数关系；(4)输出信号大，一般不需放大。它的缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。 3、变阻式传感器的应用 变阻式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。 图2-2是用变阻式传感器制作的位移传感器的结构图。被测位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻式电桥的两个桥臂，构成电桥测量电路。 2.2 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。 当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。 电阻应变式传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 2.2.1 金属电阻的应变效应 金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。 如图2-3，若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则： （2-3） 1 4 3 2 5 6 8 7 图2-2 滑线电阻式位移传感器 1-测量轴2-滑线电阻3-触头4-弹簧5-滑块6-导轨7-外壳8-无感电阻
A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速 度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻B电容C电 压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择 的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。 灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电 阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可 用传感器来测量
A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串连，求： （1）指出各曲线代表的电阻。 （2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为_____Ω。 （3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。当该PTC的温 度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的 灯丝电流显著_____（增大/减小）。采用该电路，可以达到使显像管_____ （快/慢）启动的目的。 三、问答题 1、解释应变效应、压阻效应。 2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么 四、分析与计算题 1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型？及对应变片阻值的影响？ 2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变 =1000um/m时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。（设输出阻抗为无穷大） 3、有一吊车的拉力传感器如图，电阻应变片R1、R2、R3、R4的位置如图所示。 已知R1、R2、R3、R4的标称电阻均为120Ω，桥路电压3V，物重m引起R1、 R2的变化增量为Ω。画出应变电桥电路，计算测得的输出电压，并说出R3、R4的作用。 4、有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，R2=R3=R4=100Ω，Ui=5V求： （1）该电阻的材料 （2）测温范围 （3） 0℃的电阻值 （4）查分度表－40℃—+40℃的电阻值 （5）计算t=40℃时电桥的开路输出电压。r1、 r4 r i r7 都不计，不考虑RP1RP2的影响 第二章电阻传感器习题答案 一、填空题：
第二章 电阻式传感器 自1856年英国物理学家汤姆逊发现材料的电阻应变效应以来，在第二次世界大战期间制成了世界上第一片电阻应变式传感器，至今，它仍是测力与应变的主要传感器。其测力范 围小到肌肉纤维，约5×10-5N ，大到阿波罗登月火箭，维5×107 N ，精确度可达0.1%，好的可达0.01～0.005%，可有10年以上的校准稳定性。 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换为传感元件中电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。 它具有结构简单、性能稳定、灵敏度较高等优点，在几何量和机械量的测量领域中应用广泛。 电阻式传感器，根据其传感元件的不同，可分为应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等。 第一节 应变式传感器 应变式传感器基本上是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的。 它有以下优点： （1） 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，由于有保护覆盖层，可工作于各种恶 劣环境； （2） 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测； （3） 灵敏度高，测量速度快，范围大、体积小、动态响应好，适合静态、动态测量， 如变形可从弹性到塑性，由1～20%变化；分辨率可达1～2微应变（με）；误差小于1%； （4） 可以测量多种物理量。 因此，至今，它仍是测力与应变的主要传感器，广泛应用于测量应变力、压力、转矩、位移、加速度等。其缺点是电阻会随温度变化，产生误差。测量容器内部应变时无法粘贴，故难以测量。 一、工作原理 （一）金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 由电阻公式 S L R ρ = （2-1） 差分
第二章电阻式传感器原理与应用 [基本要求] 1. 掌握金属应变式传感器的构成原理特性； 2. 掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻器件设计特点； 3. 了解电阻应变式传感器动的粘贴方法； 4. 通过对电阻应变片测量电路分析，掌握直流惠斯通电桥结构形式及特点。 [例题分析] 例题2-1 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m 2，弹性模量E =2×1011 N/m 2 ，若有F=5×104 N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变片的灵敏度系数？ 解：由题意得应变片电阻相对变化量100 1 = ?R R 根据材料力学理论可知：应变E σε= （σ为试件所受应力，S F = σ），故应变 005.0102105.010511 44 =????=?=-E S F ε 应变片灵敏度系数 2005 .0100 /1/== ?= ε R R K 例题2-2 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2）如图2-1（a)所示。已知l =100mm 、b=11mm 、t=3mm ，E=2×104N/mm 2。现将四个应变片接入图（b ）直流电桥中，电桥电压U=6V 。当力F=0.5kg 时，求电桥输出电压U 0=? 解： 由图（a ）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下各两片。当重力F 作用梁端部后，梁上表面R 1和R 3产生正应变电阻变化而下表面R 2和R 4则产生负应变
电阻变化，其应变绝对值相等，即 E bt Fl 2 42316= =-=-==εεεεε 电阻相对变化量为 ε?=?=?-=?-=?=?K R R R R R R R R R R 44223311 现将四个应变电阻按图（b ）所示接入桥路组成等臂全桥电路，其输出桥路电压为 mV V E bt Fl K U K U R R U 8.170178.010 23111008.95.06264 220==????????=??=?=??= εε 例题2-3采用四片相同的金属丝应变片(K =2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图2-2（a) 所示，力F =1000kg 。圆柱断面半径r =1cm ，弹性模量E =2×107N/cm 2,泊松比μ=0.3。求（1）画出应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图；（2）各应变片的应变ε=？电阻相对变化量△R /R =？（3）若电桥电压U = 6V ，求电桥输出电压U 0 =?（4）此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。 解： ⑴按题意采用四个相同应变片测力单性元件，贴的位置如图2-2（a ）所示。R 1、R 3沿轴向在力F 作用下产生正应变ε1> 0，ε3> 0；R 2、R 4沿圆周方向贴则产生负应变ε2< 0，ε4< 0。 四个应变电阻接入桥路位置如图2-2（b ）所示。从而组成全桥测量电路可以提高输出电压灵敏度。 ⑵μεπεε1561056.110 218 .9100047231=?=????== =-SE F μεμεε471047.01056.13.04442-=?-=??-=-==--SE F