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1、第3章电阻式传感器电阻式传感器是一种把被测参量转换为电阻变化的传感器.电位器式传感器电阻应变式传感器（***）热电阻式传感器（***）7/23/202111电位器式传感器电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压的输出。基本工作原理电位器式传感器由电阻器和电刷组成，电刷触点的移动导致输出电阻的变化。7/23/20212电位器式传感器图17/23/20213电位器的结构图27/23/20214输出—输入特性线性电位器：其中：L------电位器触点行程；x-----电位器电刷位移;U-----输入电压;Ux-----输出
2、电压;Rx-----输出电阻;7/23/20215电位器传感器的应用电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。下图是电位器式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。图37/23/202162电阻应变式传感器一：工作原理导体或半导体材料受到外界力作用时（拉力或压力），产生机械形变，导致输出电阻的变化。一根金属电阻丝,在其未受力时,原始电阻值为其中：ρ——电阻丝的电阻率;l——电阻丝的长度;A——电阻丝的截面积7/23/20217当电阻丝受到拉力F作用时,
3、将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔA,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值变化。导体受拉力后的变化：LrFF7/23/20218LrFFΔrΔL当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔA,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值变化。导体受拉力后的变化：7/23/20219其变化量为：其中：dl/l——长度相对变化量，用轴向应变ε表示为：dA/A——圆形电阻丝的截面积相对变化量，设r为电阻丝的半径，dA=2πrdr,则7/23/202110所以：由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴
4、向伸长，沿径向缩短，令dl/l=ε为金属电阻丝的轴向应变，μ为电阻丝材料的泊松比，那么轴向应变和径向应变的关系：7/23/202111又因为，体积应变：7/23/202112（C由材料和加工方式决定）金属导体材料的电阻率相对变化与其体应变的关系：7/23/202113半导体材料受到应力作用时，电阻率会发生变化，这种现象称为“压阻效应”（定义！）。其电阻率相对变化与材料的轴向应力s的关系：E:——半导体材料的弹性模量;π:——半导体材料在受力方向的压力系数，与材料有关ε:——半导体材料的轴向应变;——半导体材料的轴向应变;7/23/20
5、2114由：对于金属材料:金属材料的应变灵敏系数Km：对于金属材料存在：对于金属材料的应变电阻以结构尺寸变化为主7/23/202115同样由：对于半导体材料:半导体材料的应变灵敏系数Ks：对于半导体材料存在：对于半导体材料的应变电阻主要基于压阻效应7/23/202116总结:电阻相对变化有两部分引起，一部分是材料受力后的几何尺寸变化（应变）；一部分是材料受力后电阻率发生的改变。金属材料的应变电阻以结构尺寸变化为主；半导体材料的应变电阻主要基于压阻效应。半导体应变片突出优点是灵敏度高,比金属丝式高50～80倍,尺寸小,横向效应小,动态响
6、应好。但它有温度系数大,应变时非线性比较严重等缺点。7/23/202117电阻应变式传感器电阻应变式传感器是基于应变电阻效应的电阻式传感器。其基本组成部件包括：应变片，测量电路，弹性敏感元件等。应变片是由金属或半导体制成的应变-电阻元件。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。7/23/202118A拉力传感器B压力传感器图4电阻应变式传感器（照片）7/23/202119应变片的基本结构电阻应变片的结构：7/23/202120敏感栅
7、是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。金属电阻应变片的敏感栅有三种:金属丝式应变片箔式应变片薄膜应变片7/23/2021217/23/2021227/23/2021237/23/202124电阻应变片的测量电路（***）由于机械应变一般都很小,要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来,需要有专用测量电路,通常采用直流电桥和交流电桥。直流电桥直流电桥开路输出电压当电桥平衡时,Uo=0,则有：7/23/202125设电桥为开路情况，当产生应变时,若应变片电阻变化为ΔR,其它桥臂固定不变,电
8、桥输出电压Uo≠0,则电桥不平衡输出电压为：设桥臂比n=R2/R1,并忽略分母中ΔR1/R17/23/202126电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压,供电电压越高,电桥电压灵敏度越高,但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限
