电阻式传感器.doc

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1、一．电阻式传感器、二．压阻式传感器三．电位计式传感器四．热电阻式传感器3.1.1工作原理及特性1电阻应变片的分类电阻应变片有很多种分类方法，如按敏感栅的材料可分为金属栅应变片和半导体应变片;按敏感栅的数目，形状可分为单片，双片，特殊形状应变片;按基底材料可分为纸基地应变片，胶机底应变片和金属基底应变片；按使用环境可分为高温，低温，高压，磁场，水下应变片；按粘贴方式可分为粘贴式，焊接式，埋入式应变片。金属电阻应变片分为3种，金属丝式应变片，金属薄膜式应变片，金属箔式应变片。1金属丝式应变片如图a所示，这种应变片出现的历史

2、最早，通常有纸基和胶基两种，其敏感栅使用高电阻率的金属丝（直径通常为0.002-0.01mm）绕城栅形。这种应变片制作简单，价格便宜，曾被广泛于低精度测量应力，应变的场合。但这类应变片在受力时蠕变较大，容易断裂，脱胶，使绝缘基底和覆盖层分离，从而对测量精度造成很大的影响，目前有被取代的趋势。2金属薄膜式应变片如图b所示，这种应变片采用真空正度技术，将金属材料蒸镀成一层薄膜附着在绝缘底上制成电阻敏感元件，然后用覆盖层加以保护。这种应变片性能优良，其应变电阻取消了传统的胶基，敏感元件与基底的接触面积大，稳定性好，应变灵敏度

3、高，工作温度范围广，能在复杂，恶劣的环境条件下使用，而且金属薄膜式应变片工艺简单，参数一致性较好，适合于批量生产，因此目前应用广泛。3金属箔式应变片如图c所示，这种应变片是将合金材料压延成0.003-0.01mm厚的金属箔，经过热处理，涂刷树脂材料，聚合成基底，然后采用光刻，腐蚀工艺，将粘贴于绝缘基底上的金属箔片制成敏感网栅。2电阻应变片的结构常用的合金电阻应变片的外观和结构如图所示。它主要由基底，粘贴层，金属丝敏感栅，覆盖层，引线组成。1基底。基底是保护敏感栅并固定引线的材料层。它可以将试件发生的变形传给敏感栅，并起

4、到敏感栅与试件的绝缘作用。2粘接层。粘结层是具有一定电绝缘性能的粘接材料，用它可将敏感栅固定在基底上，或将基底固定在试件表面。3金属丝敏感栅。金属丝敏感栅是应变片的核心部分，其作用是将试件的机械应变量转换成电阻变化量，它是用金属材料制成的单丝或栅状体。4覆盖层。覆盖层是用来保护金属丝敏感栅而覆盖在上面的绝缘层，通常由胶膜或浸泡了树脂胶液的玻璃纤维布置成，可以有效避免敏感栅形成短路或受机械损伤。5引线。引线是从金属丝敏感栅引起的电信号的丝状及带状导线。电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变一电阻效应制作的，即

5、导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变-电阻效应”。将电阻应变片粘贴在试件（被测物件）表面上，并配以相应的测量仪表，即可测量出试件受力后的应变或与应变相对应的物理量。3.2压阻式传感器金属电阻应变片的性能稳定，精度较高，应用广泛，至今仍在不断地改进和发展，但这类传感器的缺点是应变灵敏系数小。而半导体应变片有效的改善了这一不足。用半导体应变片制成的传感器又称为压阻式传感器。压阻式传感器的典型特点是尺寸小，敏感度高，横向效应，滞后，蠕变都比较小，适合于动态测量的场合。3.2

6、.1工作原理及特性1压阻式传感器的分类及结构1体型半导体应变片1954年，c.s史密斯详细研究了硅的压阻效应。从此开始用硅制造压力传感器。早期的半导体应变片采用机械加工，化学腐蚀等方法制成，称为体型半导体应变片。这种体型半导体应变片的主要优点是灵敏度比金属电阻应变片的灵敏度大十余倍。其通常是将单晶硅锭切片，研磨，腐蚀，压焊引线，最后粘贴在树脂基底上制成的。2扩散性半导体应变片这种应变片的出现晚于体型半导体应变片，是以高电阻n型硅半导体为基底，将半导体p型杂质扩散到高电阻n型硅基底上，以形成一层非常薄的p型导电层，然后用

7、超声波或热压焊接并引出引线而成。工作原理压阻式传感器是基于半大题材料的压阻效应原理而工作的。所谓压阻效应，是指半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率会发生变化的现象。对于长为l，横截面积为是，电阻率为p的条形半导体应变片，在轴向力f的作用下，根据描述材料电阻变化的式可知；电位计式传感器电位计式一种常用的几点元件，被广泛应用于各种电器和电子设备中。它是一种将机械的线位移和角位移输入量转换为电压输出的呈一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。主要用于测量压力，高度和加速度等各种参数。电位计式传感器具有一系列优点

8、，如结构简单，尺寸小，重量轻，精度高，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数。其缺点是要求输入量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。电位计的种类很多，按照其结构形式不同，可分为绕线式电位计和非绕线式电位计。按照输入和输出特性的不同，可分为线性电位计和非线性电位计。目前，常用的以线绕单圈电位计居多。工作原理及特征电位计的结构由电阻元件