资源描述：
《ch2+电阻应变式传感器及其应用(传感器原理及其应用)(俞阿龙)(南大)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第2章电阻应变式传感器及应用电阻式传感器：将被测非电量转变成电阻值，通过测量电阻值达到测量非电量的目的。分类：电阻应变式、压阻式和热电阻式利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。思考1：电子秤中用到的传感器是什么结构？收费站称重收费过程中是如何称重的？思考2：你还了解哪些测量力、压力、位移、加速度等物理量的传感器？这些传感器在日常生活中都有何用途？掌握重点：工作原理:被测量⇒应变()⇒电阻变化(R)电阻应变片的特性测量电路典型应用内容安排金属:半导体:按材料分应变式传感器压阻式传感器2.1应变
2、式传感器优点：①精度高，测量范围广②频率响应特性较好③结构简单，尺寸小，重量轻④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作⑤易于实现小型化、固态化⑥价格低廉，品种多样，便于选择金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。各种电子秤广泛应用于－高精度电子汽车衡动态电子秤电子天平机械
3、秤包装机吊秤一、金属电阻应变片工作原理基于金属的应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变(拉伸或压缩)而发生相应的变化的现象。长为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属或半导体丝,电阻：若导电丝在轴向受到应力的作用,其长度变化Δl,截面积变化ΔA,电阻率变化Δρ,而引起电阻变化ΔR,则1、金属电阻应变效应FFL+dLd式中为单根导电丝的灵敏系数；表示当发生应变时,其电阻变化率与其应变的比值。（材料的泊松系数）导电丝的几何尺寸的改变材料的电阻率ρ发生变化π表示压阻系数物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。K0由两部分组成：前一部分（1
4、+2μ）：由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；后一部分：电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）π表示压阻系数对金属材料：以前者为主，πE很小,可忽略不计,μ=0.25～0.5,故k0=1+2μ≈1.5～2；对半导体：πE比1+2μ大得多,K0值主要由电阻率相对变化所决定。压阻系数π=(40-50)×10-11m2/N,杨氏模量E=1.67×1011Pa,则πE≈50～100,故（1+2μ）可忽略不计。可见,半导体灵敏度要比金属大50~100倍。实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与
5、轴向应变成正比。2、应变计的结构与分类应变计：将应变转换为电阻变化的传感元件结构：电阻应变片种类繁多，但基本构造大体相同图示为其构造简图：排列成网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成的敏感栅,用粘合剂贴在绝缘的基片上。敏感栅上贴有盖片（即保护片）。al栅长栅宽电阻应变片结构示意图（1）敏感栅由金属细丝绕成栅形。电阻应变片的电阻值为60Ω、120Ω、200Ω等多种规格，以120Ω最为常用。应变片栅长大小关系到所测应变的准确度，应变片测得的应变大小是应变片栅长和栅宽所在面积内的平均轴向应变量。敏感栅是应变片的核心部分，粘贴在绝缘
6、的基片上，其上粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。敏感栅盖片（2）基底和盖片基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅（3）引线是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线。（4）粘结剂用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起LAa结构图栅宽低阻镀锡铜丝作为引线图示为其构造简图：排列成网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成的敏感栅,用粘合剂贴在绝缘的基片上。敏感
7、栅上贴有盖片（即保护片）。核心部件：敏感栅应变计的分类对金属：金属丝式应变片：金属箔式应变片：薄膜应变片：按结构形式分：单片、双片及各种特殊形状的图案按使用环境分：高低温、核辐射、高雅、磁场的等按安装形式分：粘贴、非粘贴、焊接、火焰喷涂按材料分：金属式、半导体式对半导体：体型应变片：扩散型应变片：薄膜型应变片：外延型应变片：PN结及其它常用金属应变片的敏感栅有丝式、箔式、薄膜式等图2.3丝式应变计是最早应用的品种。金属弯曲部分可做成圆弧、锐角或直角。即U型、V型、H型。金属丝弯曲部分成圆弧（U）形,是最早常用的一种形式，制作简单
8、但横向效应较大金属丝弯曲部分成直角（H）形,两端用较粗的镀银铜线焊接，横向效应较小，制作工艺复杂(将逐渐被横向效应小、性能更优越的箔式应变计所代替)（1）丝式应变计横向效应：应变片除了有纵向的丝栅外，还有圆弧形或直线形的横栅。横栅即对轴向的应变敏感，也对垂直于轴
