L06傳感器(基礎(chǔ),電阻)整理完.ppt

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表,Test & Measurement Technology and Automatic Instrumentation,CISTBUCT 2011,第部分 基礎(chǔ)知識(shí),第二章 檢測(cè)元件 與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ)原理 電阻型檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 檢測(cè)元件的分類、命名和表示 傳感技術(shù) 自然規(guī)律、基礎(chǔ)效應(yīng),M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 檢測(cè)元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺埽ɑ蝽憫?yīng)）被 測(cè)量對(duì)象的部分。 在完成非電量到電量的變換時(shí)，并非所有的非電 量都能利用現(xiàn)有手段直接轉(zhuǎn)換成電量，往往是將 被測(cè)量先變換為另一種易于變成電量的非電量， 然后再轉(zhuǎn)換成電量。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 檢測(cè)元件是儀表、檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，決定了可測(cè)參數(shù)、被測(cè)量的可測(cè)范圍、測(cè)量準(zhǔn)確度、儀表的使用條件等。 敏感性：對(duì)被測(cè)量的敏感性 適用范圍：環(huán)境溫度、壓力、外加電源等 測(cè)量范圍：被測(cè)量不超過(guò)敏感元件規(guī)定的測(cè)量范圍 輸出特性：輸出與被測(cè)量之間有明確的單調(diào)關(guān)系 其它：價(jià)格、易復(fù)制性、安全性、易安裝等,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 特性,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按輸入量（被測(cè)對(duì)象）分類 按轉(zhuǎn)換原理分類 按輸出信號(hào)的形式分類 按輸入和輸出的特性分類 按能量轉(zhuǎn)換的方式分類 按材料分類,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按輸入量（被測(cè)對(duì)象）分類 物理量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器 物理量傳感器又可分為：溫度傳感器、壓力傳感器、 位移傳感器、 等等。 這種分類方法給使用者提供了方便，容易根據(jù)被測(cè) 對(duì)象選擇所需要的傳感器。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按轉(zhuǎn)換原理分類 結(jié)構(gòu)型傳感器 利用機(jī)械構(gòu)件（如金屬膜片等）在動(dòng)力場(chǎng)或電磁場(chǎng)的 作用下產(chǎn)生變形或位移，將外界被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 的電阻、電感、電容等物理量，它是利用物理學(xué)運(yùn)動(dòng) 定律或電磁定律實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。 物性型傳感器 復(fù)合型傳感器,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按轉(zhuǎn)換原理分類 結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 利用材料的固態(tài)物理特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)（即物質(zhì)定律，如虎克定律、歐姆 定律等）來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換的。 它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電 體等作為敏感材料的固態(tài)器件。 復(fù)合型傳感器,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按轉(zhuǎn)換原理分類 結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 復(fù)合型傳感器 由結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳 感器組合而成的，兼有兩者 的特征。例如，電阻式、電 感式、電容式、壓電式、光 電式、熱敏、氣敏、濕敏、 磁敏傳感器等等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按轉(zhuǎn)換原理分類 結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 復(fù)合型傳感器 這種分類方法清楚地指明了傳感器的原理，便于學(xué)習(xí) 和研究。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按能量轉(zhuǎn)換的方式分類 有源型和無(wú)源型 有源型：也稱能量轉(zhuǎn)換型或發(fā)電型，它把非電量直接 變成電壓量、電流量、電荷量等，如磁電式、壓電式、 光電池、熱電偶等。 無(wú)源型：也稱能量控制型、能量傳輸型或參數(shù)型，它 把非電量變成電抗（電阻、電容、電感）等，或?qū)⒈?測(cè)電量傳輸至檢測(cè)裝置。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按輸出信號(hào)的形式分類 開(kāi)關(guān)式、 模擬式和數(shù)字式 按輸入和輸出的特性分類 線性和非線性,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按材料分類 無(wú)機(jī)材料檢測(cè)元件 半導(dǎo)體材料檢測(cè)元件 陶瓷材料檢測(cè)元件 高分子材料檢測(cè)元件 納米材料檢測(cè)元件 智能材料檢測(cè)元件,檢測(cè)元件 無(wú)機(jī)材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 半導(dǎo)體檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 半導(dǎo)體檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 陶瓷材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 陶瓷材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 高分子材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 高分子材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 高分子材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按材料分類 納米材料檢測(cè)元件 氣敏材料,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件 智能材料檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按材料分類 智能材料檢測(cè)元件 記憶合金 壓電材料,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的分類 按材料分類 智能材料檢測(cè)元件 記憶合金 壓電材料 光纖傳感器 MEMS/MOEMS,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的命名 國(guó)標(biāo) GB7666 由“主題詞四級(jí)修飾語(yǔ)”組成，即主題詞傳感器。 一級(jí)修飾語(yǔ)被測(cè)量， 包括修飾被測(cè)量的定語(yǔ)。 二級(jí)修飾語(yǔ)轉(zhuǎn)換原理， 一般可后續(xù)以“式”字。 三級(jí)修飾語(yǔ)特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件以及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字。 四級(jí)修飾語(yǔ)主要技術(shù)指標(biāo)，如量程、精確度、靈敏度范圍等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的命名 運(yùn)用命名法時(shí)應(yīng)注意 使用場(chǎng)合不同，修飾語(yǔ)的排序亦不同 在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計(jì)報(bào)表、圖書檢索及計(jì)算機(jī)文字 處理等場(chǎng)合，傳感器名稱應(yīng)采用正序排列。 傳感器一級(jí)修飾語(yǔ)二級(jí)修飾語(yǔ)三級(jí)修飾語(yǔ) 四級(jí)修飾語(yǔ)。 示例：“傳感器、位移、應(yīng)變計(jì)式、100 mm”,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的命名 運(yùn)用命名法時(shí)應(yīng)注意 使用場(chǎng)合不同，修飾語(yǔ)的排序亦不同 在技術(shù)文件、產(chǎn)品說(shuō)明書、學(xué)術(shù)論文、教材、書刊 等的陳述句中，傳感器名稱應(yīng)采用反序排列 四級(jí)修飾語(yǔ)三級(jí)修飾語(yǔ)二級(jí)修飾語(yǔ)一級(jí)修飾 語(yǔ)傳感器 示例：“100mm應(yīng)變計(jì)式位移傳感器” “100160dB電容式聲壓傳感器”,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的命名 運(yùn)用命名法時(shí)應(yīng)注意 使用場(chǎng)合不同，修飾語(yǔ)的排序亦不同 傳感器（主稱） 四級(jí)修飾語(yǔ)組成全稱。 在實(shí)際運(yùn)用中，可根據(jù)產(chǎn)品具體情況省略任何一級(jí) 修飾語(yǔ)。但國(guó)標(biāo)規(guī)定，傳感器作為商品出售時(shí)，第 一級(jí)修飾語(yǔ)不得省略。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的表示 從電路角度考慮，敏感元件就是信號(hào)(或信息)源。 對(duì)于大多數(shù)傳感器，它都可以用具有兩端口或四端口特征的電氣元件足夠精確地進(jìn)行描述。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)元件的表示 與傳統(tǒng)的信息技術(shù)中常見(jiàn)的兩端口或四端口元件相比，唯一的區(qū)別是敏感元件的特性依賴于物理的或化學(xué)的環(huán)境變量。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 自然規(guī)律 守恒定律、場(chǎng)的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計(jì)法則 基礎(chǔ)效應(yīng) 熱電效應(yīng)、光磁電效應(yīng)、磁效應(yīng)、壓電效應(yīng)、應(yīng)變 效應(yīng)、電渦流效應(yīng)、超導(dǎo)效應(yīng)、集膚效應(yīng)、多普勒 效應(yīng)、物理現(xiàn)象等,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 自然規(guī)律 守恒定律 包括能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。 這些定律是分析、研制新型傳感 器時(shí)必須嚴(yán)格遵守的基本法則。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 自然規(guī)律 場(chǎng)的定律 動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律、電磁場(chǎng)的感應(yīng)定律等，其作 用與物體在空間的位置及分布狀態(tài)有關(guān)。 一般可由物理方程給出，這些方程可作為許多傳 感器工作的數(shù)學(xué)模型。例如，利用靜電場(chǎng)制成的 電容式傳感器，利用電磁感應(yīng)定律可制成的電感 （自感或互感）式傳感器等等。 利用場(chǎng)的定律制成，可統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)型傳感器。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 自然規(guī)律 物質(zhì)定律 表示各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律（如虎克定律、 歐姆定律），通常以這種物質(zhì)所固有的物理常數(shù) 加以描述，其大小決定著傳感器的主要性能。 半導(dǎo)體物質(zhì)法則：壓阻、熱阻、光阻、濕阻等效 應(yīng)，可分別制成壓敏、熱敏、光敏、濕敏等傳感 器件； 壓電晶體物質(zhì)法則：壓電效應(yīng)，可制成壓電式傳 感器等等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 自然規(guī)律 統(tǒng)計(jì)法則 將微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的物理法則，這 些法則常常與傳感器的工作狀態(tài)有關(guān)。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 熱電效應(yīng) 塞貝克效應(yīng)：熱電勢(shì)（溫度電），熱電偶 珀?duì)柼?yīng)：接觸電勢(shì)（溫度電），半導(dǎo)體制冷 湯姆遜效應(yīng)：溫差電勢(shì)（溫差電） 熱電子發(fā)射效應(yīng)：熱電子，紅外成像,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 光磁電效應(yīng) 光電子發(fā)射效應(yīng)：外光電效應(yīng) （光電），光電二極管、光 電倍增管及紫外線傳感器等。 光電導(dǎo)效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng)（光 電阻），光敏電阻。 光伏特效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng)（光 電），光電池、光敏二極管、 光敏三極管和光敏晶閘管等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 光磁電效應(yīng) 光的熱電效應(yīng)：熱釋電（熱電），紅外人體傳感器 塞曼效應(yīng)：光通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)光 譜離散（光磁光譜） 拉曼效應(yīng)：?jiǎn)紊庹丈湮镔|(zhì) 時(shí)發(fā)出不同光譜（光光） 泡克爾斯效應(yīng)：光通過(guò)壓電 晶體時(shí)分成正常和異常光線 （光電光）,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 光磁電效應(yīng) 克爾效應(yīng)：光通過(guò)各種同性物質(zhì)并在垂直方向加 電壓時(shí)分成正常和異常光線（光電光） 法拉第效應(yīng)：線偏振光通過(guò)磁性物質(zhì)時(shí)偏振面旋 轉(zhuǎn)（光磁電）,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 磁效應(yīng) 霍爾效應(yīng)：電流流過(guò)導(dǎo)體并在與電流垂直的方向加 磁場(chǎng)時(shí)在垂直方向產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象（磁電電）， 磁敏二極管、磁敏三極管等。 磁阻效應(yīng)：導(dǎo)體在磁場(chǎng)中電阻 增加的現(xiàn)象（磁電電阻）， 磁敏電阻、磁頭等。 磁致伸縮效應(yīng)：強(qiáng)磁體加磁 場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生變形（磁機(jī)械）,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 壓電效應(yīng) 壓電效應(yīng)是指強(qiáng)介質(zhì)加壓力時(shí)的極化現(xiàn)象，可產(chǎn) 生電位差（壓力電），超聲波換能器。 多普勒效應(yīng) 當(dāng)聲源、光源及微波等波源與觀測(cè)者之間有相對(duì) 運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)到的頻率發(fā)生譜移的現(xiàn)象 （運(yùn)動(dòng)頻率）,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng) 物理現(xiàn)象 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象：熱力學(xué)第一定律（熱物性），熱 敏電阻氣體傳感器、干濕球濕度傳感器等。 熱輻射現(xiàn)象：物體溫度升高時(shí)產(chǎn)生光（電磁波） 輻射的現(xiàn)象（溫度光），輻射高溫計(jì)、紅外探 測(cè)等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ) 基礎(chǔ)效應(yīng),第部分 基礎(chǔ)知識(shí),第二章 檢測(cè)元件 與檢測(cè)技術(shù),傳感技術(shù)基礎(chǔ)原理 電阻型檢測(cè)元件,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),在傳感器中，有一大類是通過(guò)電阻參數(shù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的目的。它們統(tǒng)稱為電阻式傳感器。 各種電阻材料，受被測(cè)量的作用，將產(chǎn)生電阻參數(shù)的變化。 位移、應(yīng)變、壓力、光、熱等 電阻式傳感器 電位計(jì)式、熱電阻式、應(yīng)變式、壓阻式和光電式等,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻式檢測(cè)元件 電阻是介質(zhì)阻擋電流流動(dòng)能力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號(hào)“”表示。 電阻是一個(gè)線性元件。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個(gè)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比 即它是符合歐姆定律：,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻式檢測(cè)元件 一段長(zhǎng)為 l（m），截面積為 A（mm2），電阻率 為 （mm2m-1）的導(dǎo)體（如金屬絲），其電阻 為 電阻式檢測(cè)元件分類 變 l 型 位移 變 型 溫度、成份等 變 (l, A, ) 型 應(yīng)變,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 電位器 線位移 角位移,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 電位器 當(dāng) A 恒定時(shí)， 與 l 為線性關(guān)系 適合于較大位移的測(cè)量 應(yīng)用 電力傳輸線的故障檢測(cè) 電阻觸摸屏,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 熱電阻 純金屬具有正的溫度系數(shù)，可以作為測(cè)溫元件 作為測(cè)溫用的熱電阻應(yīng)具有下列要求 電阻溫度系數(shù)大，以獲得較高的靈敏度； 電阻率高，元件尺寸可以?。?電阻值隨溫度變化盡量是線性關(guān)系； 在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定； 材料質(zhì)純、加工方便和價(jià)格便宜等。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 熱電阻 鉑、銅、鐵和鎳是常用的熱電阻材料,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 熱電阻 金屬熱電阻 半導(dǎo)體材料的電阻率也隨溫度變化而變化。用半導(dǎo)體 材料制成的測(cè)溫元件稱為“熱敏電阻”。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 熱電阻 標(biāo)稱值 Pt100，0時(shí)電阻值為100 Cu50，0時(shí)電阻值為50 Cu100，0時(shí)電阻值為100 溫度系數(shù) 響應(yīng)時(shí)間 一般鉑熱電阻的時(shí)間常數(shù)為幾秒至幾十秒,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 1856 年，英國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)金屬絲的電阻隨它所受機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小發(fā)生變化即電阻的應(yīng)變效應(yīng)。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 應(yīng)力（stress） 連續(xù)體內(nèi)部截面的一側(cè)施于另一側(cè)上單位面積的作用力。 應(yīng)力矢量沿它所作用的微元平面的法向投影稱為法向應(yīng)力或正應(yīng)力。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 應(yīng)變（strain） 連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。 三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變 線應(yīng)變 即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位長(zhǎng)度的長(zhǎng)度增加量。線應(yīng)變又稱為相對(duì)伸長(zhǎng)； 角應(yīng)變 體應(yīng)變,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 應(yīng)變（strain） 連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。 三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變 線應(yīng)變 角應(yīng)變 即物體內(nèi)任一點(diǎn)處兩互相垂直方向的角度減小量。角應(yīng)變又稱為切應(yīng)變或剪切應(yīng)變。 體應(yīng)變,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 應(yīng)變（strain） 連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。 三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變 線應(yīng)變 角應(yīng)變 體應(yīng)變 即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位體積的體積增加量；,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng) 當(dāng)它受到軸向力 F 拉伸或壓縮時(shí)，其 A、l、 均發(fā)生變化，導(dǎo)體的電阻也隨之發(fā)生變化 令 x = dl/l 導(dǎo)體軸向 應(yīng)變，y = dr/r 導(dǎo)體 徑向應(yīng)變。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng) 由材料力學(xué)知道，在金屬絲彈性范圍內(nèi)，沿其長(zhǎng)度方向拉伸時(shí)，軸向應(yīng)力 x 與徑向應(yīng)力 y 之間存在關(guān)系 y = x 勃底特茲明（）通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有關(guān)系 d/ = CdV/V 金屬材料電阻率的相對(duì)變化與應(yīng)力的關(guān)系,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng) 金屬材料的電阻相對(duì)變化與其軸向應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。 Km 稱為金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)(簡(jiǎn)稱靈敏系數(shù)) 金屬絲材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)以尺寸變化為主，一般 Km = 1.84.8,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑 敏感柵通常是由軸向縱柵（檢測(cè)應(yīng)變方向） 和圓弧橫柵兩部分組成。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H 應(yīng)變片承受單向應(yīng)力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)中， 即軸向（拉伸）和橫向（收縮），其縱柵和橫柵各自 主要感受橫向應(yīng)變和軸向應(yīng)變，從而引起應(yīng)變片總電 阻的變化。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H 在單位應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)變的作用。應(yīng)變片即感受軸向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響使靈敏系數(shù)及相對(duì)電阻比都減少的現(xiàn)象，稱 為橫向效應(yīng)。 = y/x 雙向應(yīng)變比，H = Ky/Kx 雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 溫度效應(yīng) 應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。 上式為應(yīng)變片（無(wú)應(yīng)力作用時(shí)）的溫度效應(yīng)；用應(yīng)變形式表示，稱為相對(duì)的熱輸出，即,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 金屬絲電阻應(yīng)變片 溫度效應(yīng) 應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。 熱輸出 前部分為熱阻效應(yīng)所造成，后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 史密斯(C. S. Smith)等學(xué)者很早就發(fā)現(xiàn)，對(duì)半導(dǎo)體施加應(yīng)力時(shí)，半導(dǎo)體的電阻率會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。 半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)一個(gè)很重要的特點(diǎn) 是效應(yīng)的各向異性。 當(dāng)單晶硅受到一定的應(yīng)力時(shí)，其電 阻率隨應(yīng)力變化具有線性關(guān)系。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的靜態(tài)特性 靈敏系數(shù)（靈敏度指標(biāo)） 橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H 機(jī)械滯后 蠕變和零漂 應(yīng)變極限 頻率響應(yīng)（工作頻率） 響應(yīng)時(shí)間（時(shí)間常數(shù)） 疲勞壽命 N,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的靜態(tài)特性 蠕變和零漂 應(yīng)變片在恒溫恒載條件下，輸入信號(hào)恒定時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。 試件空載（無(wú)輸入信號(hào)）時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值仍隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為零漂。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的靜態(tài)特性 應(yīng)變極限 應(yīng)變片的線性特性，只有在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才能保持。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到 10% 時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限 lim。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的靜態(tài)特性 疲勞壽命 N 疲勞壽命 N 是指粘貼在試件上的應(yīng)變片，在恒幅交變應(yīng)力作用下，連續(xù)工作直至疲勞損壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)。 疲勞壽命和應(yīng)變片的取材、工藝和焊接、粘貼質(zhì)量等因素有關(guān)，一般要求 N = 105107 次。,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法 熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。 溫度自補(bǔ)償法 通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償 - 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 - 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 橋路補(bǔ)償法,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法 熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。 溫度自補(bǔ)償法 通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償 - 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 - 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 橋路補(bǔ)償法,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件 應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法 熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。 溫度自補(bǔ)償法 通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償 - 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 - 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 只能在選定的試件上使用 橋路補(bǔ)償法,M&T,AI 檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù),電阻型檢測(cè)元件