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第三章 电阻式传感器 导论 ◆ 作用： 将生物体的一些非电量生理参数（如位移 、振动、 加速度 、力 · · · · · · ·) 转换为电阻的变化， 成相关电学参量的变化 ， 从而得到所需的电学量。 ◆ 种类： ① 金属应变片型 。是用金属丝或金属箔作为敏感元 件制成的片状传感器。 ② 半导体扩散型压阻传感器 。是以半导体膜片上扩 散成电阻的方法制成的。 Page 2 医学仪器教研室 A ——绕受力面一点； AA ——截面取一微小面积； AF —— —— 垂直 ；分量； —— 与截面相切的应力分量。 截面的应力 上所受的力 第一节 金属应变片式传感器 一 、金属应变效应 1 .应力： Page 3 医学仪器教研室 为研究方便取受力体中任意一 点取一个微小的正六面体。 平均应变： … 延x方向的应变： Page 4 医学仪器教研室 2.应变 3.应变效应 ■ 电阻应变效应： 当金属丝在外力作用下发生机械 变形时其电阻值将发生变化 F Δl、ΔA、Δρ ΔR lnR= lnp+ lnl-lnA 两边取对数： 两边求导： 医学仪器教研室 Page 5 ■ 式中 是长度相对变化量 ， 用金属电阻丝的轴向 应变ε表示 ， ε数值一般很小表达式为： ■ ΔA/A为圆形电阻丝的截面积相对变化量 ， 即： Page 6 医学仪器教研室 ■ 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 ， 那么轴向应变和径向应变的关 系可表示为： ● μ— 电阻丝材料的泊松比； ● 一般金属μ=0.3~0.5 ， 负号表示应变方向相反。 Page 7 医学仪器教研室 ■整理得： ■ 金属材料的灵敏度系数受两个因素影响： ① 受力后因材料尺寸变化引起的 ， 即 (1+2μ) ② 受力后因材料的电阻率发生改变而引起的 ， 即 ■整理得出金属材料的灵敏度系数ko Page 8 医学仪器教研室 因为 二 、金属应变片的结构种类 1 .基本结构 金属应变片由敏感栅 、基片 、覆盖层和引线等部 敏感栅是应变片的核心 部分 ， 它粘贴在绝缘的 基片上 ， 其上再粘贴起 保护作用的覆盖层 ， 两 端焊接引出导线。 分组成 ， 如图所示 : Page 9 医学仪器教研室 2. 种类 金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种： ① 丝式应变计是用电阻丝再一定的应力作用下均匀的按栅状排 列在底基和覆盖层之间 ， 应变丝的首尾用铜线或银线引出。 Page 10 医学仪器教研室 ② 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金 属箔栅 ， 厚度一般在0.003-0.01mm。 优点： 散热条件好 ， 允许通过的电流较大 ， 便于批量生产， 可制成各种所需的形状 ， 如下图所示： Page 11 医学仪器教研室 ③ 薄膜式应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法 在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄 膜的敏感栅 ， 最后再加上保护层。 优点： 应变灵敏度系数大 ， 允许电流密度大 ， 工 作范围广。 Page 12