力传感器原理.PDFVIP

常州华越网络科技有限公司 力传感器原理 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于 各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、 航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业， 下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变 片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力 传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广 泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好 的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元 件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的 敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片 应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片 又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的 粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化 时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使 加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通 常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器 进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D 转换和CPU）显示或执行 0519 常州华越网络科技有限公司 机构。金属电阻应变片的内部结构如图1 所示，是电阻应变片的结构 示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线 等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设 计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同 时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片 的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太 大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十 千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形 变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值 可用下式表示： 式中：_——金_______属导体的电阻率（ ·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和 截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改 变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少， 电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增 加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两 端的电压），即可获得应变金属丝的应变情。 0519 常州华越网络科技有限公司 2、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷 膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的 背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使 电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压 信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V 等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的 温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和 绝大多数介质直接接触。 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材 料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达 -40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV， 输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力 传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势， 在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷）， 使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变 化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的 标准测量信号。 0519 常州华越网络科技有限公司 原理图 4、蓝宝石压力传感