第4章 电阻式传感器.pptxVIP

传感器技术与应用

2第4章电阻式传感器4.1电阻式传感器概述4.2电阻应变式传感器4.3压阻式传感器

第4章知识目标（1）掌握电阻应变式传感器的材料构成、类型划分与工作原理；（2）掌握压阻式传感器的材料构成、类型划分与工作原理；（3）掌握电阻式传感器典型的电桥测量转换电路的结构构成特点。3

第4章能力目标（1）准确理解应变效应与压阻效应的区别；（2）掌握三种结构直流电桥的工作原理及其特性分析方法，并且能够根据实际工程测量需要，合理选择电桥结构；（3）理解并掌握电阻应变式传感器进行温度补偿的必要性及其常用补偿方法。4

54.1电阻式传感器概述通过敏感元件感受被测非电量的变化，并将被测量的变化先转换为电阻值的变化，进而通过测量转换电路，再转换成电压、电流、频率等电参量的变化。后续可根据需要配置信号调理电路，送至微处理器进行数据的进一步分析处理。1.基本测量原理与结构构成：电阻式传感器包括：金属热电阻、热敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、湿敏电阻、电阻应变式传感器和压阻式传感器等。

64.2电阻应变式传感器（1）应变效应：导体在力的作用下产生机械形变，材料的电阻值发生变化的现象。2.应变效应及其相关名词术语（2）应变：即变形，物体在受到外力的作用下产生的形状变化。包括拉伸应变、压缩应变、剪切应变和弹性应变等。（4）弹性元件：具有弹性应变特性的物体。（3）弹性应变：是指当外力去除后，受力物体能完全恢复到原有形态的应变。与电阻应变式传感器配合的敏感元件即为弹性元件。

73.应变效应解析——以金属导体应变效应为理论分析对象

8对电阻值的表达式进行全微分，可以得到各个参量相对变化率的关系式：金属电阻丝的纵向应变（轴向应变）金属电阻丝的横向应变（径向应变）金属电阻丝电阻率的相对变化率

9根据材料力学的知识，可知金属电阻丝的横向应变与纵向应变，以及泊松比之间存在如下关系：将此两表达式代入各个参量相对变化率关系式，整理可得：

104.电阻应变片材料、结构与类型电阻应变片是电阻应变式传感器的核心构成元件，是传感器的转换元件，将敏感元件感受的被测非电量的变化转换成电阻阻值的变化。主要由金属材料构成。（2）电阻应变片材料性能要求：①电阻率高；②电阻温度系数小；③灵敏系数大；④线膨胀系数高。（1）电阻应变片基本特性常用的金属应变片材料有：康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铂和铂钨合金等。

11（3）电阻应变片一般结构构成电阻应变片不直接受力的作用，而是粘贴在弹性敏感元件表面。当测量力等非电量时，弹性敏感元件感受力的作用产生应变，并通过粘合剂传递给电阻应变片。

12（4）电阻应变片类型根据制作工艺的不同，金属电阻应变片分为三种类型：丝式电阻应变片、箔式电阻应变片、薄膜式电阻应变片。金属电阻丝被制作成栅状，粘贴在绝缘基片上。金属栅线的直径通常为0.015mm~0.05mm。栅线形状主要有U、V、H型三种。采用光刻腐蚀等制作工艺，将金属箔制作成各种形状的敏感栅（也称为应变花），金属箔的厚度通常为0.003mm~0.01mm。采用真空蒸镀、沉积等方法在绝缘基片上制作一定形状、厚度小于0.1μm的金属薄膜敏感栅。

13我国现行标准《金属粘贴式电阻应变计》（GB/T13992-2010）规定了金属电阻应变片在不受外力作用时对应的标称电阻阻值：60Ω、120Ω、200Ω、350Ω、500Ω、1000Ω，其中以120Ω和350Ω最常见。（5）电阻应变片标称电阻阻值

145.弹性敏感元件弹性敏感元件是电阻应变片传感器的重要构成部分对弹性敏感元件的基本性能要求是：能够准确传递受力信息，并保持在受力不变时的形变一致性好，复位性能好。弹性敏感元件在实际工程应用中，大多数为铝合金、合金钢和不锈钢等材质。弹性敏感元件的结构与外形需要满足实际应用场景的安装需要，结构形状丰富：

15以悬臂梁为弹性敏感元件的电阻应变式传感器构建示意图

166.测量转换电桥电路

17（1）直流单臂电桥向上的箭头表示工作时，电阻应变片的弹性敏感元件将受到拉力的作用（箭头反向表示受到压力的作用）①结构特点将一个电阻应变片接入直流电桥的一个桥臂在电阻应变片没有外力施加作用时，直流电桥处于平衡状态，UO=0

18②工作原理分析金属电阻应变片灵敏系数电阻丝轴向应变

19（2）直流双臂电桥①结构特点半桥将两个电阻应变片接入电桥的相邻桥臂中，并且令两个电阻应变片在测量过程中，一个受拉力、一个受压力，阻值变化大小相等，方向相反。当两个电阻应变片不受外力作用时，直流双臂电桥处于平衡状态，UO=0

20②工作原理分析