传感器原理及应用 第3章 力压力敏传感器.ppt

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1、第3章力/压力敏传感器——电阻应变计分类：按应变片的基底材料可分为：纸基、胶基、浸胶基和金属基应变片。按应变片工作的温区可分为：低温、常温、中温、及高温应变片。按应变片敏感栅所用材料可分为：金属电阻应变片和半导体电阻应变片按应变片安装方法可分为：粘贴式与非粘贴式（张丝式）传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计1.金属应变计是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感器元件。是目前国内外应用数量最多的传感器元件之一。A.金属应变计的基本原理——金属导体受外力作用时发生机械形变，导致其

2、阻值大小发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属导体的电阻：当其受外力F时：一般材料变形时，晶格畸变引起电阻率变化，使(dρ/ρ)/ε有一定值称为压阻系数，表示材料电阻率随应变ε的变化，金属的压阻系数很小，可以忽略，则其电阻的相对变化率与金属丝纵向应变ε成正比。传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计B.金属应变计的结构和分类①丝式应变片(回线式和短接式两种)传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计B.金属应变计的结构和分类②箔式应变片③薄膜应变片——薄膜应变片是利用薄膜工

3、艺将应变计材料直接沉积在弹性基底上(0.001~1.0um),利用光刻工艺形成应变计图形。与传统的粘贴式应变计相比，薄膜应变计具有无滞后和蠕变、稳定性好等优点，适合于用来制作高内阻、小型化、高精度和高稳定性的力敏器件C.金属应变计的参数—应变片的电阻值R0—灵敏系数K0传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.金属应变计的参数—机械滞后—蠕变和零漂在一定温度下，粘好的应变计在一定的机械应变(1000με)长时间作用下，指示应变随时间的变化称为蠕变(Dεt),一般要求蠕变应小于3με/h,

4、也可用变化率(n=Dεt/ε)来描述。零点漂移是粘好的应变计在一定温度和无机械应变时，指示应变随时间的变化。—绝缘电阻：敏感栅与基底间的绝缘电阻应大于1010ΩD.温度和蠕变补偿应变计—温度自补偿应变计—蠕变自补偿应变计传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计2.半导体应变计A.半导体材料的压阻效应——当半导体材料受到应力作用时，其晶格间距会发生变化，使得其电阻率发生变化，这一现象称为压阻效应。半导体材料的电阻在外力作用下的相对变化与金属相同，但半导体材料的电阻率的相对变化与应力s成正比，

5、即：式中π为材料的压阻系数，则：对于半导体材料，其压阻系数很大，G主要由πE决定，即G≈πE，一般在50~100之间。即：B.压阻系数传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.半导体应变片—体型半导体应变片—一般扩散型半导体应变计—SOI外延扩散型半导体应变计—剪切型半导体应变计—薄膜型半导体应变计3.应变计的测量原理和测量电路A.直流电压源单臂电桥n=R1/R2B.半桥差动电桥和全桥差动电桥当R1=R2=R3=R4时：传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.应变片应用传

6、感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.应变片应用传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.应变片应用传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.应变片应用传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计C.应变片应用传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计D.关于扭矩测量——通过测量轴表面的

7、扭应变测量扭矩传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计D.关于扭矩测量——应变计的布置和组桥方案传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计D.关于扭矩测量——扭矩值的标定1)直接标定法2)并联电阻标定法3)小轴模拟标定法4)应变梁模拟标定法传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计D.关于扭矩测量——信号的传输与集流装置传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——调电桥平衡传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——信号的

8、放大反相比例放大：Af=-Rf/R1同相比例放大：Af=1+Rf/R1电压跟随器：差动比例运算电路:Af=-Rf/R1传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——信号采集传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——信号采集传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——信号采集传感器原理及应用第3章力/压力敏传感器——电阻应变计E.测量电路——信号采集传感器原理及应用第3章力/压力敏传感