电参数型传感器.pdf

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1、第四章电参数型传感器电参数型传感器将感受到的被测物理量转换为电参数的变化，再配上适当的敏感元件就可以实现多种非电物理量的测量。电参数型传感器分为：•电阻应变式传感器•电感式传感器•电涡流式传感器•电容式传感器电阻应变式传感器电阻应变式传感器：把非电物理量如位移、力、压力、加速度、扭矩等装换成与之有确定关系的电阻值，再经过测量电路转换成电压或电流信号的一种装置。电阻应变式传感器具有结构简单、输出精度高、线性和稳定性好等优点，在非电量检测中应用广泛。应变片是电阻应变式传感器的核心部件，作用是把金属导体或者半导体的机械应变转换成电阻应变

2、。应变片可分为金属电阻应变片和半导体应变片。电阻应变式传感器敏感栅：应变片的转换元件，由金属细丝绕成或半导体材料制成栅形。基底：将弹性体的应变传递到敏感栅上的中间介质，并起到敏感栅和弹性体之间绝缘的作用。引线：从应变片的敏感栅中引出的导线，并与测量电路相连接。覆盖层：起着保护敏感栅的作用。电阻应变式传感器LL22LSSS当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值相对变化量为RLSRLS电阻应变式传感器式中ΔL/L是长度相对变化量,用应变

3、ε表示LLΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即S2rSr电阻应变式传感器由材料力学可知,在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向伸长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向应变的关系可表示为rLrL式中:μ——电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。R(12)RRR(12)电阻应变式传感器应变效应：金属导体或半导体受到外力作用时会产生相应的应变，即引起几何形状变化，其电阻也将随之发生变化的效应。压阻效应：在半导体的晶体结构上施加外力，会暂时改变晶体结构的对称性，从而改

4、变了半导体的导电机构，表现为电阻率发生变化的效应。通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量,其表达式为K12电阻应变式传感器灵敏度系数受两个因素影响:一个是受力后材料几何尺寸的变化,即（1+2μ）;另一个是受力后材料的电阻率发生的变化,即（Δρ/ρ）/ε。对金属材料电阻丝来说,灵敏度系数表达式中（1+2μ）的值要比（（Δρ/ρ）/ε）大得多,而半导体材料的（（Δρ/ρ）/ε）项的值比（1+2μ）大得多。大量实验证明,在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成

5、正比,即K为常数。为应变；为压阻系数，与材质有关；E为材E料的弹性模量。电阻应变式传感器用应变片测量应变或应力时,根据上述特点,在外力作用下,被测对象产生微小机械变形,应变片随着发生相同的变化,同时应变片电阻值也发生相应变化。ΔR时,便可得到被测对象的应变值。根据应力与应变的关系,得到应力值σσ=E·ε由此可知,应力值σ正比于应变ε,而试件应变ε正比于电阻值的变化,所以应力σ正比于电阻值的变化,这就是利用应变片测量应变的基本原理。电阻应变式传感器应变片分为丝式应变片、箔式应变片、薄膜应变片3种丝式应变片是将直径为0

6、.0025mm的高电阻率的电阻应变丝弯曲成栅状电阻体，粘贴在绝缘基片和覆盖层之间，再由引线与外电路连接。这样构成的应变片再通过黏结剂与感受被测物理量的弹性体黏结。箔式电阻应变片是利用照相制版或光刻腐蚀技术，将电阻箔材（厚为1~10um）做在绝缘基底上，制成各种形状的应变片。薄膜应变片式采用真空蒸镀、沉积或溅射的方法，将金属材料在绝缘基底上制成一定形状的厚度在0.1um以下的薄膜，再加上保护层。电阻应变式传感器电阻应变片必须被粘贴在试件或弹性元件上才能工作，黏合剂和黏合技术对测量结果有着直接的影响，因此黏合剂的选择、粘贴技术、应变片

7、的保护必须认真做好。电阻应变片的特性选用应变片时，要考虑的应变片的性能参数主要有：应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变极限等。用于动态测量时，还应当考虑应变片本身的动态响应特性。目前使用的金属电阻应变片的电阻值大多为120。应变片的灵敏系数将电阻应变丝做成电阻应变片后，其电阻应变特性与金属丝时是不同的，因此必须通过实验重新测定。电阻应变式传感器实验证明，RR与的关系在很大范围内仍然有很好的线性关系RRRK,KK称为电阻应变片的灵敏系数R实验证明，应变片的灵敏系数K恒小于电阻丝的灵敏系数K，主要原因是应变片中存在

8、所谓的横向效应。产品上0标明的“标称灵敏系数”是出厂时测定该批产品的平均灵敏系数值。电阻应变式传感器横向效应应变片的敏感栅除了有纵向丝栅外，还有圆弧形或直线形的横栅。横栅既对应变片轴线方向的应变敏感，又对垂直于轴线方向的横向应变敏感。当电阻应变片粘