1.1电阻式传感器.ppt

* * １.1 电阻式传感器 电阻式传感器就是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻值的变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出的一类传感器。可用于各种机械量和热工量的检测，它结构简单，性能稳定，成本低廉，因此，在许多行业得到了广泛应用。 目前，常用的电阻传感器主要有电阻应变片、热电阻、光敏电阻、气敏电阻和湿敏电阻等几大类。 1.1.2 电阻应变片 电阻应变片是利用电阻应变效应原理制成的、应用最为广泛的电阻式传感器，主要用于机械量的检测中，如位移、力(主要用于静力) 物理量的检测。 一、电阻应变效应 导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 概念 电阻的应变灵敏系数 根据电阻的定义式: 当有变化量 时，其相对变化率为： （纵向线应变系数） 几个定义： （泊松比） （体积应变） 对于半径为r 的圆柱形截面电阻丝， 因为 故： （ C 为比例系数） 金属材料的电阻相对变化率与其体积变化率成正比： 将 代入 得 令： 所以： 为金属材料应变灵敏系数 对于半导体材料： 为半导体材料的弹性模量，相当于弹簧的弹性系数 二、电阻应变片的类型及常用材料 根据应变片的质地，主要有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。 １、金属电阻应变片 此类应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。 1) 丝式应变片 如图所示，它是将金属丝按图示形状弯曲后用粘合剂贴在衬底上而成。电阻丝两端焊有引出线，使用时只要将应变片贴于弹性体上就可构成应变式传感器。它结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不很高的场合使用。 2) 箔式应变片 该类应变片的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003-0.01mm之间，结构如图。箔式应变片与丝式应变片比较其面积大，散热性好，允许通过较大的电流。由于它的厚度薄，因此具有较好的可绕性，灵敏度系数较高。箔式应变片还可以根据需要制成任意形状，适合批量生产。 3)金属薄膜应变片 它是采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。这种应变片有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。 ２、半导体应变片 半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。 对一块半导体材料的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。 半导体应变片有以下几种类型： 1）体型半导体应变片 这是一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其结构如图所示。 2）薄膜型半导体应变片 这种应变片是利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成，其结构示意图见左图。 3）扩散型半导体应变片 将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型导电层，再通过超声波和热压焊法接上引出线就形成了扩散型半导体应变片。右图为扩散型半导体应变片示意图。这是一种应用很广的半导体应变片。 三、应变片应用举例 电子称 原理：将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。