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第二章 电阻传感器 本章学习电阻式传感器的原理及应用，包括：电位器、电阻应变片、测温热电阻、气敏电阻及湿敏电阻等。 第一节 电阻应变式传感器 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。 电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成。 一、工作原理应变片的工作原理 二、应变片的工作原理 设有一长度为、截面积为A、半径为r、电阻率为?的金属单丝，它的电阻值R可表示为 ? 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中?、r、l都将发生变化，从而导致电阻值R发生变化。例如金属丝受拉时，l将变长、r变小，均导致R变大；又如，某些半导体受拉时，?将变大，导致R变大。 实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量?R ? R与材料力学中的轴向应变?x的关系在很大范围内是线性的，即 微应变(με) 对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率? 会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。 应变片用于测量力F的计算公式 由材料力学可知，?x=F /（AE），所以?R /R又可表示为  如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面积A以及弹性模量Ｅ均为已知，则只要设法测出?R /R的数值，即可获知试件受力Ｆ的大小，例如可用于电子秤的称重。 二、应变片的种类与结构 应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用较多。金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶基之分。由于金属丝式应变片蠕变较大，金属丝易脱胶，有逐渐被箔式所取代的趋势。但其价格便宜，多用于应变、应力的大批量、一次性试验。 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，适合于大批量生产。还可以对金属箔式应变片进行适当的热处理，使其线胀系数、电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消，从而将温度影响减小到最小的程度，目前广泛用于各种应变式传感器中。 箔式应变片的外形 半导体应变片及金属丝式应变片的结构 半导体应变片外形 应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？ 应变片的粘贴： 1. 去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。 2.贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡 。 3.测量 ：从分开的端子处，预先用万用表测量应变片的电阻，发现端子折断和坏的应变片。 4.焊接： 将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。 5.固定： 焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。 三、测量转换电路——不平衡电桥 三、测量转换电路——不平衡电桥 电桥平衡的条件 ：R1/R2=R4/R3  调节RP，最终可以使R1?/R2?=R4/R3（ R1?、R2?是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。 单臂电桥 全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。 双臂电桥 R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变?1~?2以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。 四臂全桥 全桥的温度补偿原理 四、应变效应的应用 应变效应的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。 应变式力传感器 应变式力传感器