《电阻式传感器》ppt课件2

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1、第2章电阻式传感器电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。可用于各种机械量和热工量的检测，它结构简单，性能稳定，成本低廉，因此，在许多行业得到了广泛应用。目前，常用的电阻传感器主要有电阻应变片、热电阻、光敏电阻、气敏电阻和湿敏电阻等几大类。2.1电阻应变片电阻应变片是利用电阻应变效应原理制成的、应用最为广泛的电阻式传感器，主要用于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测。2.1.1电阻应变效应2.1.1.1概念导体或半导

2、体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。2.1.1.2电阻的应变灵敏系数根据电阻的定义式:R=；当有变化量∆ρ、∆l、∆A时，其相对变化率为：（2-1-1）对于直径为d的圆柱形截面电阻丝，因为A=лd2/4；故：∆A=A‘-A=л[（d-∆d）2-d2]/4=2∆d/d(略去高阶无穷小）。再引进力学中的泊松比；故；最后得：；K0：应变灵敏系数。其中：（1+2µ）是由几何尺寸改变引起的，金属导体以此为主；表示是由材料的电阻率随应变所引起的变化，半导体

3、材料以此为主。2.1.2电阻应变片的类型及常用材料根据应变片的质地，主要有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。2.1.2.1金属电阻应变片此类应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。1)丝式应变片如图2.1.1a所示，它是将金属丝按图示形状弯曲后用粘合剂贴在衬底上而成，基底可分为纸基，胶基和纸浸胶基等。电阻丝两端焊有引出线，使用时只要将应变片贴于弹性体上就可构成应变式传感器。它结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不很高的场合使用。2)箔式应变片该类应变片的敏

4、感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003-0.01mm之间，它的结构如图2.1.1b所示。箔式应变片与丝式应变片比较其面积大，散热性好，允许通过较大的电流。由于它的厚度薄，因此具有较好的可绕性，灵敏度系数较高。箔式应变片还可以根据需要制成任意形状，适合批量生产。3)金属薄膜应变片它是采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。这种应变片有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。2.1.2.2半导体应变片半导体应变片是利用半导体

5、材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。半导体应变片有以下几种类型：1）体型半导体应变片这是一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其结构如图2.1.2所示。2）薄膜型半导体应变片这种应变片是利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成，其结构示意图见图2.1.3。3）扩散型半导体应变片将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层

6、极薄的P型导电层，再通过超声波和热压焊法接上引出线就形成了扩散型半导体应变片。图2.1.4为扩散型半导体应变片示意图。这是一种应用很广的半导体应变片。2.1.2.3应变片的常用材料及粘贴技术1)常用材料I.4YC3：4YC3是Fe-Cr-Al系550℃高应变电阻合金，其电阻率高，电阻温度系数低，热稳定性好，主要用于工作温度≦550℃的电阻应变计。II.4YC4：4YC4是Fe-Cr-Al系750℃高温应变电阻合金，其电阻率高、电阻温度系数低，尤其是在600℃以上有较好的热输入和重现性低的零飘。合金主

7、要用作工作温度≦750℃的电阻应变计，用于大型汽轮机、航空、原子反应堆等领域中静态和准静态测量。III.4YC8：4YC8铜镍锰钴合金精密箔材，专用于高精度箔式电阻应变计，其温度自补偿性能及其它技术指标符合《电阻应变计》标准规定的A级产品质量要求。箔材平均热输出系数ct<1με／℃，用它制成箔式应变计可以在钛合金、普通钢、不锈钢、铝合金、镁合金等多种材料制成的试件上达到良好的温度自补偿效果，优于国外同类合金箔材，技术性能达到国外先进水平。4YC9：4YC9是Ni-Mo系500℃自补偿应变电阻合金，它

8、的ρ值高，电阻温度系数小，热输出、热稳定性好，适用于制作在≦500℃工作的自补偿电阻应变计。2)应变片的粘贴工艺步骤I.应变片的检查与选择首先要对采用的应变片进行外观检查，观察应变片的敏感栅是否整齐、均匀，是否有锈斑以及短路和折弯等现象。其次要对选用的应变片的阻值进行测量，阻值选取合适将对传感器的平衡调整带来方便。II.试件的表面处理为了获得良好的粘合强度，必须对试件表面进行处理，清除试件表面杂质、油污及疏松层等。一般的处理办法可采用砂纸打磨，较好的处理方法是采用无油