第3章 电阻式传感器原理及其应用.pptVIP

第3章 电阻式传感器原理及其应用 3.1 电阻应变式传感器 3.1.1 传感器的工作原理 3.1.2 电阻应变片的结构和分类 3.1.3 电阻应变式传感器的测量电路 3.1.4 电阻应变式的粘贴 3.1.5 电阻应变式传感器的应用 3.2 压阻式传感器 3.2.1 压阻式传感器的结构 3.2.2 压阻式传感器的工作原理 3.2.3 压阻式传感器的应用 电阻式传感器概述 电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。 可用于各种机械量和热工量的检测，如用来测量力、压力、位移、应变、速度、加速度、温度和湿度等。它结构简单，性能稳定，成本低廉，在许多行业得到了广泛应用。 由于构成电阻的材料及种类很多，引起电阻变化的物理原因也很多，这就构成了各种各样的电阻式传感元件以及由这些元件构成的电阻式传感器。 3.1 电阻应变式传感器 3.1.1 传感器的工作原理 电阻应变式传感器是根据电阻应变效应的原理制成的，将测量物体的变形转换成电阻的变化。主要用于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测中，其应用最为广泛的形式是电阻应变片。 （1）电阻应变效应 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下会产生机械形变，其电阻值也发生相应改变，这种现象称为电阻应变效应。 金属电阻应变片的工作原理就是电阻应变效应。 对圆形横截面积的电阻丝，若其半径为 所以有： 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，令 为金属电阻丝的轴向应变，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为： 所以： 综上可得： 3.1.2 电阻应变片的结构和分类 （1）电阻应变片的结构 电阻应变片又称为电阻应变计，它的结构形式较多，但其主要组成部分基本相同，是由基底、敏感栅和覆盖层等组成。 （1）敏感栅——实现应变到电阻转换的敏感元件。通常由直径为0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。 （2）基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的基底上。基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。 （3）引线——起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约0.1～0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。 （4）盖层——用纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层，起着防潮、防蚀、防损等作用。 （5）粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底，使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表面的被测部位，它也起着传递应变的作用。 电阻应变片的要求： （1）应变灵敏度系数大，且线性范围宽； （2）电阻率值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值； （3）电阻稳定性能好，温度系数小，其阻值随环境温度变化较小； （4）易于焊接，对引线材料的接触电势小； （5）抗氧化能力高、耐腐蚀、耐疲劳，机械强度高，具有优良的机械加工性能。 常用金属电阻丝材料的性能： 几种常用的国产应变片的技术数据： （2）电阻应变片的分类 根据应变片的制作材料，可以把应变片分为金属电阻应变片和半导体应变片两大类。 按照电阻应变片的制造方法、工作温度以及用途，可以对电阻应变片进行不同的分类。 金属丝式应变片由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。 金属丝式应变片有回线式和短接式二种。回线式最为常用，制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，但横向效应较大。 丝式金属电阻应变片的敏感栅由直径0.01～0.05mm的电阻丝平行排列而成。应变片的阻值为几十欧至几十千欧左右。 金属箔式电阻应变片的结构 它的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。将合金先轧成厚度为0.002mm~0.01mm的箔材，经过热处理后在一面图刷一层0.03~0.05mm厚的树脂胶，再经聚合固化形成基底。 在另一面经照相制版、光刻、腐蚀等工艺制成敏感栅，焊上引线，并涂上与基底相同的树脂胶作为覆盖片。 箔式应变计的主要特点： ①工艺上，它能保证敏感栅尺寸准确，线条均匀。大批量生产时，电阻值一致性好，离散程度小。 ②箔式应变计的敏感栅的横截面积为矩形，表面积和截面积之比大，散热性能好，允许通过的电流较大，灵敏度系数较高。 ③箔式应变计比丝式应变计厚度薄，其厚度一般为0.003~0.01mm，由于它的厚度薄，具有较好的可绕性，因此可以根据需要制成任意形状的敏感栅（即应变花）和微型小基长（如基长为0.1mm），有利于传递变形。 ④由于箔式应变计的特殊工艺，适合批量生产，且生产效率高。 金属薄膜应变片