第2单元 电阻式传感器概要ppt课件.ppt

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1、第2单元电阻式传感器2.1电阻应变式传感器2.2应变片的静态特性2.3应变片的动态特性2.4测量电路2.5应变片的温度效应和补偿2.6应变式传感器的种类习题应变片的特点：（1）灵敏度高，性能稳定可靠，常用于测量（1～2）mm的应变，误差小于。（2）应变片尺寸小，重量轻，结构简单，使用方便，测量速度快，可用于动态测量。（3）适应性强，可以在高温、低温、高压、水下、强磁场、强辐射下工作（有温度补偿措施）。（4）适于远距离测量。温湿度传感器电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经过转换电

2、路变成电量输出。我们先来看一个例子，通过这个例子来体会一下将非电量转化为电阻值的变化。如图：由于构成电阻的材料种类很多，如导体、半导体、电解质溶液等。而引起电阻变化的物理原因也很多，如导体、半导体的长度变化或内应力变化、温度变化、载流子数量等，根据这些不同的物理原理，就产生了各种各样的电阻式传感器。下面看两个由改变半导体导电特性而引起电阻变化的的例子。（思考其属于结构型还是物性型）以上看到的例子都属于电阻传感器，但本章的重点内容是介绍基于电阻应变效应的应变式电阻传感器。下面来看一个利用应变式电阻传感器测

3、量大压力载荷的例子：电阻式传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度、温度等非电量参数。一般来说，电阻式传感器的结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还使用于动态测量。2.1电阻应变式传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由弹性元件和其上粘贴的电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。则在未受力时的原始电阻为LS金属导体R—金属丝的电阻值(Ω)；ρ

4、—金属丝的电阻率(mm2/m)；L—金属丝的长度(m)；S—金属丝的截面积(mm2)。应变式传感器的工作原理是什么？是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化ΔL，截面积S变化ΔS，电阻率ρ变化Δρ，因而引起电阻R变化ΔR。将上式微分，整理有通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量，其表达式为一部分是（1+2μ），由

5、材料几何尺寸的变化引起的;另一部分是（Δρ/ρ）/ε，受力后材料的电阻率发生的变化。灵敏度系数由两部分组成对于金属材料电阻丝，灵敏度系数表达式中（1+2μ）的值要比（Δρ/ρ）/ε大得多，而半导体材料的（Δρ/ρ）/ε项的值比（1+2μ）大得多。大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。K=1+2μ=常数通常金属电阻丝的K=1.7—3.6之间。2.1.1应变片的基本结构及测量原理我们先看一下电阻应变计的组成：31-敏感元件；2、4-基底；3-引线。2.1.2应变片的类型和

6、材料金属电阻应变片分为丝式、箔式和薄膜式三种。上例中为丝式。金属箔式应变片的敏感栅，则是用栅状金属箔片代替栅状金属丝。金属箔栅采用光刻技术制造，适用于大批量生产。由于金属箔式应变片具有线条均匀、尺寸准确、阻值一致性好、传递试件应变性能好等优点，因此，目前使用的多为金属箔式应变片，其结构见图。使用高电压低电流的离子镀膜机，使离子撞击靶材，并植入靶材内(自由行程短，能量高)，此方法称为溅射。金属膜式多采用溅射或蒸镀的制作工艺PVD镀膜原理是把个别的原子气化成离子,再以电场加速撞击在基材上形成薄膜。最简单的P

7、VD方法就是把欲镀的材料加热成蒸汽使其熏基材并黏附在表面。这种镀膜方法称为蒸镀。2.2应变片的参数1.灵敏系数灵敏系数系指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。实验表明，电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏系数k0，其原因除了粘结层传递变形失真外，还存在有横向效应。2.横向效应（a）应变片及轴向受力图(b)应变片的横向受力图3.几何尺寸应变片的工作宽度（基宽）b是在应变片轴线相垂直的方向上，敏感栅最外侧之间的距离；应变片的工

8、作基长（标距）L是应变片敏感栅在其轴线方向的长度，对于带有圆弧端的敏感栅，就是指两端圆弧之间的距离;应变片敏感栅的有效工作面积b×L。目前应变片最小基长为0.2mm，最长达300mm。一般生产厂家都有一个应变片基长系列供选用。4.电阻值R应变片没有粘贴也不受力时，在室温下测定的电阻值。.应变片阻值有一个系列，如60W、120W、350W、600W和1000W，其中以120W最为常用。5.最大工作电流允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流