第2 电阻式传感器.ppt

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1、传感器原理与应用第2章电阻式传感器第2章电阻式传感器电阻式传感器是将被测非电量转换成电阻值变化的器件或装置。由于构成电阻的材料种类很多，如导体、半导体、电解质等，引起电阻变化的物理原因也很多，如材料的应变或应力变化、温度变化等，这就产生了各种各样的电阻式传感器。被测量电阻式传感器电阻第2章电阻式传感器电阻式传感器包括：①热电阻；②热敏电阻；③光敏电阻；④湿敏电阻；⑤气敏电阻；⑥磁敏电阻；⑦压敏电阻；⑧电位器式传感器；⑨电阻应变式传感器；⑩压阻式传感器。第2章电阻式传感器2.1电阻应变式传感器2.2压阻式传感器2

2、.1电阻应变式传感器应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器。由电阻应变片和测量电路两部分组成。应变式传感器的核心元件是电阻应变片(计)。电阻应变片弹性元件信号调节电路2.1.1电阻应变片的基本原理与结构2.1.2电阻应变片的主要参数及工作特性2.1.3电阻应变片的测量电路2.1.4电阻应变式传感器应用举例2.1电阻应变式传感器1.金属的电阻应变效应长为L、截面积为A、电阻率为r的金属或半导体丝，电阻为若导线沿着轴线方向受到力的作用而产生变形，则其电阻值也随之发生变化，这一现象称为电阻应变效应。2.1.1电阻

3、应变片的基本原理与结构将式(2.1)两边微分得经推导可得2.1.1电阻应变片的基本原理与结构2.1.1电阻应变片的基本原理与结构KS称为电阻应变敏感材料的灵敏系数，即KS表示当发生应变时，其电阻变化率与其应变的比值。KS的大小由两个因素引起，第一项是由几何尺寸的改变所引起的，第二项是受力后材料的电阻率r发生变化而引起的(称压阻效应)。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构对金属来说，第二项很小，可忽略不计，KS的第一项起主要作用，m＝0.25～0.5，故KS≈1.5～2。对半导体而言，第二项取值为50～100，第

4、一项可忽略不计。可见，半导体的灵敏系数要比金属大得多。制造金属电阻应变片的几种材料的性能如表2.1所示。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构2.电阻应变片的结构图中，l称为应变片的标距，或称工作基长；b称为应变片的基宽，或称工作宽度；l×b称为应变片的使用面积。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构电阻丝较细，直径一般在0.015～0.06mm，两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝(直径为0.1～0.2mm)作为引线，以便与测量电路连接。应变片的规格一般是以使用面积和电阻来表示的，如PJ-120型金属电阻应变片的规格为13

5、mm×5mm，120W。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构应变片的分类：①从尺寸上，长的有几百mm，短的仅0.2mm；②从结构形式上，有单片、双片、应变花和各种特殊形状的图案；③从使用环境上，有高温、低温、水、核辐射、高压、磁场等；④从安装形式上，有粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂等。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构主要的分类方法是根据敏感元件材料的不同，将应变片分为金属式和半导体式两大类。从敏感元件的形态又可进一步分成不同类型。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构1)金属应变片(1)金属丝式应变片最早采用圆

6、弧(U)形，制作简单但横向效应较大。直角(H)形两端用较粗的镀银铜线焊接，横向效应相对较小，但制作工艺复杂，将逐渐被横向效应小、其他方面性能更优越的箔式应变片所代替。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构(2)箔式应变片它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片(厚度一般在0.003～0.01mm)。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构箔式应变片与金属丝式应变片相比有如下特点①敏感栅尺寸准确、线条均匀，大批量生产时电阻值离散程度小。可根据不同测量要求制成任意形状。②可制成基长很小的应变

7、片。③敏感栅弯头横向效应可忽略。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构④箔式应变片敏感栅截面为长方形，表面积大，散热性能好，在相同断面积情况下能通过较大的工作电流，从而能增大输出信号。⑤疲劳寿命长，机械滞后小，蠕变小。⑥便于批量生产，而且生产效率高。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构(3)薄膜式应变片它是采用真空溅射或真空沉积等镀膜技术将应变电阻材料镀在基底材料上而形成的(厚度在零点几nm到几百nm)。这类应变片的显著特点是灵敏系数大，允许的电流密度大，工作温度范围广(－197～317℃)，也可用于核辐射等特殊

8、情况下，易实现工业化批量生产。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构2)半导体应变片(1)体型半导体应变片。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构(2)薄膜型半导体应变片。(3)扩散型半导体应变片。(4)外延型半导体应变片。2.1.1电阻应变片的基本原理与结构半导体应变片有如下优点①灵敏度高。②体积小，耗电省。③具有两种符号的应力效应(即在拉伸时P型硅应变片的灵敏系数为正值，N型硅的为负值