傳感器與測試技術解曉光

1、電視大學電視大學1頁電視大學電視大學2頁第第3章章 電阻式傳感器電阻式傳感器主要內容主要內容：1 1、介紹、介紹應變式電阻傳感器應變式電阻傳感器的工作原理、金屬應變片的的工作原理、金屬應變片的結構、類型、主要特性、溫度補償、選擇與粘貼工藝、結構、類型、主要特性、溫度補償、選擇與粘貼工藝、轉換電路及典型應用。轉換電路及典型應用。2 2、介紹、介紹壓阻式傳感器壓阻式傳感器的工作原理、半導體應變片的的工作原理、半導體應變片的結構與主要特性、壓阻式傳感器的溫度補償、轉換電結構與主要特性、壓阻式傳感器的溫度補償、轉換電路及典型應用。路及典型應用。3 3、介紹、介紹熱阻式傳感器熱阻式傳感器的工作原理、類型

2、、轉換電路及的工作原理、類型、轉換電路及典型應用。典型應用。4 4、介紹、介紹電位計式傳感器電位計式傳感器的工作原理、類型、轉換電路的工作原理、類型、轉換電路及典型應用。及典型應用。電視大學電視大學3頁第第3章章 電阻式傳感器電阻式傳感器3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：p53p533.1.1金屬絲的電阻應變效應：金屬絲的電阻應變效應：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的應變效應應變效應。設有一段長為l ，截面為s ，電阻率為 的金屬絲，則它的電阻為: 電視大學電視大學4頁當它受到軸向力f而被拉伸(或壓縮)時，其l、s、 均發(fā)生變化，如圖所示，

3、如取金屬絲是半徑為r 的圓形截面s=r2 ，那么 3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.1金屬絲的電阻應變效應：金屬絲的電阻應變效應：故電阻的相對變化為 電視大學電視大學5頁若金屬絲沿長度方向受力而伸長l，通常將l/l 稱為縱向應變縱向應變，標為 。它是長度方向的相對變形或稱長度變化率，是一無量綱的量。因為它的數(shù)值在通常的測量中甚小，故常用10-6作為單位來表示，稱為微應變，標以。例如=0.001就可以表示為1000，稱為具有1000微應變。3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.1金屬絲的電阻應變效應：金屬絲的電阻應變效應：由材料力學得知，在彈性范圍內，金屬

4、絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，哪么軸向應變和徑向應變的關系為：（電阻絲的泊松比）兩端同除有：k0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，它表示金屬絲發(fā)生單位軸向應變時所引起的電阻值的相對變化。電視大學電視大學6頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.1金屬絲的電阻應變效應：金屬絲的電阻應變效應：k0物理意義：單位應變所引起的電阻相對變化。此式表明：因應變導致金屬電阻值的變化，由兩項組成：第一項（1+2）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項(d/)/表示單位軸向應變引起電阻率的變化。對于大多數(shù)金屬電阻絲金屬電阻絲材料說,則有此式表明：加載后金屬絲金屬絲電阻相對變化量與軸向應變成正比。

5、k0是一個常數(shù)，不同的金屬材料，k0不同。由于k0為常數(shù)，可將靈敏系數(shù)表達式改寫為：電視大學電視大學7頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.2應變片的結構與類型應變片的結構與類型（p55）應變片阻值尚無統(tǒng)一標準，常用的有60、120、200、320、350、500、1000，其中120最為常用。應變片的結構：應變片的結構：應變片主要是由金屬絲柵(敏感柵)、絕緣基片及覆蓋片三部分組成。引線覆蓋層基片電阻絲式敏感柵lb電視大學電視大學8頁中央電大往屆試題中央電大往屆試題3.1.2應變片的結構與類型應變片的結構與類型（p55）1、填空題、填空題：（：（2分；分； 04.1. p5

6、5）應變片的結構：應變片主要是由應變片的結構：應變片主要是由 、 及覆及覆蓋片三部分組成。蓋片三部分組成。2、填空題：（、填空題：（2分；分；2004.1. p53）電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的 。電視大學電視大學9頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.2應變片的結構與類型應變片的結構與類型（p55）電阻應變片的種類：電阻應變片的種類：根據(jù)制作方法，一般可將金屬應變片分為二類：電阻絲應變片：電阻絲應變片：電阻絲應變片有圓角線柵式和直角線柵式兩種。前者制造方便，為最常見形式，但它的橫向效應較大。金屬箔式應變片：金屬箔式應變片：敏感柵

7、由高阻值的金屬鉑片經(jīng)光刻腐蝕技術制成。電視大學電視大學10頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.2應變片的結構與類型應變片的結構與類型（p55）電阻應變片的種類：電阻應變片的種類：電視大學電視大學11頁3.1.2應變片的結構與類型應變片的結構與類型（p55）3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：電阻應變片的種類：電阻應變片的種類：電視大學電視大學12頁電阻應變片的種類：電阻應變片的種類：中央電大往屆試題中央電大往屆試題問答題：問答題：(6分；分；2008.1. ； p56）金屬應變片有哪些類型？金屬應變片有哪些類型？根據(jù)制作方法，一般可將金屬應變片分為二類：電阻絲

8、應變片；金屬箔式應變片。電視大學電視大學13頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器是以電阻應變片為轉換元件的傳感器，公式：利用應變片測量力的基本原理：利用應變片測量力的基本原理：力的變化力的變化機械形變機械形變電電阻變化阻變化r應變值應變值 根據(jù)應力與應變根據(jù)應力與應變的關系：的關系：=e=e：應力（單位面積受力）；e：彈性模量。 應變值應變值 應力值應力值 力力f f標準產(chǎn)品電視大學電視大學14頁第第3章章 電阻式傳感器電阻式傳感器3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p56）電阻應變片靈敏系數(shù)為k=r/(r)。電阻絲(半成品）靈敏系數(shù)為k0,k不等于k0且

9、恒小于k0 。應變片靈敏系數(shù)k必須重新實驗測定。因粘貼式應變片一經(jīng)粘貼測試就無法取下重用，一批產(chǎn)品只能采取抽樣(如5%)測定，取平均k值及允許的公差值標注在該批的每個應變片包裝袋上，也稱“標稱靈敏系數(shù)”。應變片靈敏系數(shù)測定是在某種特定實驗裝置上進行的，如采用純彎梁(等應力梁)或等強度懸臂梁。試件材料必須是泊松系數(shù)=0.285的鋼材，受單向應力狀態(tài)且應變力軸向與主應力方向一致。由此可見，應變片靈敏系數(shù)是在二維應變場中進行標定的。實驗證明，在相當大的應變范圍內，應變片靈敏系數(shù) 是常數(shù)。(1)(1)靈敏系數(shù)：靈敏系數(shù)：電視大學電視大學15頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器： 沿應變片軸

10、向的應變沿應變片軸向的應變x x 必然引起應變片電阻的必然引起應變片電阻的相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變y y 也也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應橫向效應。3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p56）(2)橫向效應：橫向效應：橫向效應與應變片的結構有關，敏感柵端部具有半圓形橫柵的絲繞應變片橫向效應較為嚴重?，F(xiàn)在一般多采用箔式應變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻的變化量也就小得多。電視大學電視大學16頁3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p56）3.13.1

11、應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：(3)(3)溫度效應：溫度效應： 粘貼到試件上的電阻應變片，除感受機械應變而產(chǎn)生電阻相對變化外，在環(huán)境溫度變化時，也會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應。電視大學電視大學17頁中央電大往屆試題中央電大往屆試題1、問答題：（、問答題：（07.1 ; 08.7.）p56什么是金屬應變片的橫向效應？（6分）答：沿應變片軸向的應變沿應變片軸向的應變x 必然引起應變片電阻的相對變化，必然引起應變片電阻的相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變而沿垂直于應變片軸向的橫向應變y 也會引起其電阻的相對變也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為化，這種現(xiàn)象稱

12、為橫向效應橫向效應。2 2、問答題：（、問答題：（04.1.04.1.；04.7. p5704.7. p57）為什么用應變片測量時必須采用溫度補償措施？答：粘貼到試件上的電阻應變片，除感受機械應變而產(chǎn)生電阻相對變化外，在環(huán)境溫度變化時，也會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，因此需采用溫度補償措施。 3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p57）電視大學電視大學18頁(3)(3)溫度效應：溫度效應： p57p57單絲自補償法：單絲自補償法：由式(3-9)可知，為使因溫度變化而產(chǎn)生的虛假應變t=0，只要滿足條件:t=-k(g-s)（3-10）在研制和選用應變片時，若選擇敏感柵的合金材料，使其

13、t,s能與試件材料的相匹配，即滿足式(3-10)，就能達到溫度自補償?shù)哪康摹＿@種溫度自補償方法的最大優(yōu)點是結構簡單，制造、使用方便。雙絲自補償法：雙絲自補償法：這種應變片的敏感柵是由電阻溫度系數(shù)為一正一負的兩種合金絲串接而成。應變片電阻由電阻ra和rb兩部分組成，即r=ra+rb。當工作溫度變化時，若ra柵產(chǎn)生正的虛假應變（即附加應變）at與rb柵產(chǎn)生負的虛假應變bt大小相等或相近，就可達到溫度誤差自補償?shù)哪康?。arbr絲繞式arbr短接式3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p58）為消除溫度誤差，采取如下溫度補償措施：為消除溫度誤差，采取如下溫度補償措施：橋路補償法：橋路補償法：利用

14、電橋電路的和差原理來達到補償溫度誤差的目的。電視大學電視大學19頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（04.104.1；04.7.04.7.）p58p58 為了消除應變片的溫度誤差，可采用的溫度補償措施包括： 、 和 。a、雙絲自補償法 b、溫度補償法c、單絲補償法 d、電流補償法e、電壓補償法 f、橋路補償法電視大學電視大學20頁中央電大往屆試題中央電大往屆試題3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p56）1、選擇題：（、選擇題：（2分；分；05.1. p56）金屬應變片的靈敏系數(shù)比應變電阻材料本身的靈敏系數(shù)。a、小b、大c、相等2、問答

15、題：（、問答題：（10分；分；04.7. ；07.7. ；p57）粘貼到試件上的電阻應變片，環(huán)境溫度變化會引起電阻的相粘貼到試件上的電阻應變片，環(huán)境溫度變化會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應，簡述產(chǎn)生對變化，產(chǎn)生虛假應變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應，簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。這種現(xiàn)象的原因。答：環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)存在，引起應變片電阻的相對變化。環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應變片產(chǎn)生附加的拉長（或壓縮），引起電阻的相對變化。電視大學電視大學21頁3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（

16、p58）(5)(5)零漂及蠕變：零漂及蠕變：粘貼在試件上的應變片，在恒溫恒載條件下，指示應變量隨時間單向變化的特性稱為蠕變。如圖中。當試件初始空載時，應變片示值仍會隨時間變化的現(xiàn)象稱為零漂。如圖中p0。電視大學電視大學22頁 (6)(6)應變極限應變極限：3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p59） 應變片的線性特性（靈敏系數(shù)為常數(shù)）是在一定的應變限度范圍內才保持。當試件輸入的真實應變超過某一極限時，應變片的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性達到10%時的真實應變值，稱為應變極限應變極限 。真實應變（）lim指示應變（）10%真

17、實應變電視大學電視大學23頁(7)(7)絕緣電阻絕緣電阻：3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：3.1.3應變片的主要特性應變片的主要特性（p59）應變片絕緣電阻是指已粘貼的應變片的引線與被測試件之間的電阻值，通常要求在50100m以上。 應變片安裝之后，其絕緣電阻下降將使測量系統(tǒng)靈敏度降低，使應變片的指示應變產(chǎn)生誤差。 rm的大小取決于粘合劑及基底材料的種類及固化工藝，在常溫使用條件下要采取必要的防潮措施，而在中溫或高溫條件下，要注意選取電絕緣性能良好的粘結劑和基底材料。中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（05.105.1、07.7; 08.7./07.7; 08.7./09.1.

18、09.1.）p59p59 應變片的絕緣電阻是指已粘貼的應變片的 之間的電阻。 a、覆蓋片與被測試件 b、引線與被測試件 c、基片與被測試件d、敏感柵與被測試件r的范圍是的范圍是（50100m以上）以上） 08.7.選擇題試題。選擇題試題。電視大學電視大學24頁3.1.4 轉換電路轉換電路（p60）3.13.1應變式電阻傳感器：應變式電阻傳感器：(1)直流電橋：直流電橋：應變片將試件應變轉換成電阻相對變化r/r，由于機械應變一般都很小，要把微小應變引起的微小電阻變化測量出來，同時要把電阻相對變化r/ r轉換為電壓或電流的變化。因此，需要有專用測量電路用于測量應變變化而引起電阻變化的測量電路，通常

19、采用直流電橋和交流電橋。電橋線路是由聯(lián)接成環(huán)形的四個電阻所組成。ac接電源，bd為電橋輸出可接后續(xù)放大器等。兩對角線將相對的兩個定點連通起來，就好像在它們之間架起了一座“橋”，故而得名。電視大學電視大學25頁(1)直流電橋：直流電橋：p61假設輸入端u是一個恒壓源，由于輸出端接高阻抗的指示表或放大器，近似看成開路：urrrrrru)(4342110直流電橋特性公式：直流電橋特性公式：acbd+-1r2r3r4r0uu直流電橋1i2i直流電橋平衡條件：直流電橋平衡條件： r1r3=r2r4輸出電壓為零稱為電橋處于平衡狀態(tài)電視大學電視大學26頁若r1r3=r2r4，則輸出電壓為零，稱為電橋處于平衡

20、狀態(tài)，此等式稱為直流電橋平衡條件。下面分別討論橋臂電阻的變化與輸出電壓的關系：一個橋臂電阻有變化（單臂電橋）：一個橋臂電阻有變化（單臂電橋）：例如橋臂r1電阻有r1 的變化（只有一臂工作），成為r1+r1則電橋的輸出電壓為 :若取r1=r2=r3=r4=r0urrurru01010414若電橋用于微電阻變化測量，有：acbd+-11rr2r3r4r0uu單臂電橋1i2iurrrrrru)(4342110直流電橋特性公式：直流電橋特性公式：(1)直流電橋：直流電橋：p61電視大學電視大學27頁 如橋臂電阻r1 和鄰邊橋臂電阻r2 的阻值都有電阻變化，即r1 變?yōu)閞1+r1 ， r2變?yōu)閞2 -

21、r2，當若取r1=r2=r3=r4=r0，且r1= r2= r時， 這稱為半橋雙臂工作電橋。 兩個橋臂電阻有變化兩個橋臂電阻有變化(雙臂電橋雙臂電橋)：半橋差動：在試件上安裝兩個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變， 接入電橋相鄰橋臂。（相鄰臂一拉一壓、相對臂同拉同壓） 該電橋輸出電壓為 acbd+-11rr22rr3r4r0uu雙臂電橋1i2iurru0021 urrrrrru)(4342110由直流電橋特性公式：由直流電橋特性公式：urrrrurrrrrrrrru000043422111102)(1)直流電橋：直流電橋：p62電視大學電視大學28頁四個橋臂電阻均有變化四個橋臂電阻均有變化

22、(全橋全橋):全橋差動：電橋四臂接入四片應變片，即兩個（相對臂）受拉應變，兩個（相對臂）受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相對橋臂上。若r1=r2=r3=r4，且r1=r2=r3=r4=r0，則其輸出電壓為： acbd+-11rr22rr0uu44rr33rr全橋1i2iurrrrrrrrrrrru)(4433442211110urrrrrru)(4342110直流電橋特性公式：直流電橋特性公式：urru00結論：全橋電路電壓靈敏度為單片工作時的4倍。 (1)直流電橋：直流電橋：p62電視大學電視大學29頁電橋輸出電壓小結：電橋輸出電壓小結：單臂電橋：單臂電橋：urru0041 雙臂電橋：雙臂

23、電橋：urru0021 全橋全橋:urru00(1)直流電橋：直流電橋：p62電視大學電視大學30頁(1)直流電橋：直流電橋：p62中央電大往屆試題中央電大往屆試題兩金屬應變片r1和r2阻值均為120，靈敏系數(shù)k=2；兩應變片一受拉，另一受壓，應變均為1000.兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓u=5v。求（1）r和r/r；（2）電橋的輸出電壓u0。(14分；2006.7.p80)答：=1000=0.001acbd+-11rr22rr3r4r0uu雙臂電橋1i2ivurru005. 05002. 0212100002. 0001. 02krr24. 0002. 0120002. 0

24、rr電視大學電視大學31頁(2)交流電橋：交流電橋：3.1.4 轉換電路轉換電路（p63） ：ou&u1i2i1z2z3z4zabcd 交流電橋電路的電路結構形式與直流電橋相同。但在電路具體實現(xiàn)上與直流電橋有兩個不同點，一是其激勵電源是高頻交流電壓源或電流源(電源頻率一般是被測信號頻率的十倍以上)；二是交流電橋的橋臂可以是純電阻，但也可以是包含有電容、電感的交流阻抗。交流電橋的平衡條件是： 其物理含義是交流電橋要達到平衡需使該電橋的四個橋臂中對邊阻抗的模乘積相等，對邊阻抗角之和相等。所以交流電橋的平衡較之直流電橋要復雜一些。zi各橋臂的復數(shù)阻抗；zi-復數(shù)阻抗的模；i 復數(shù)阻抗的阻抗角。交流電

25、橋平衡條件還可表為：）（）（即4231423142314231jjjjjjezzezzezezezez若要此方程成立，須同時滿足下面兩個條件：電視大學電視大學32頁中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（04.704.7、08.108.1）p6163p61633.1.4 轉換電路轉換電路（p63） ：畫出直流電橋和交流電橋原理圖，并分別寫出電橋平衡條件。（12分）（04.7）電橋是傳感器的常用變換電路，請畫出直流電橋和交流電橋原理圖，并說明兩者的平衡條件各是什么？（16分）（08.1）直流電橋平衡條件：r1r3=r2r4ou&u1i2i1z2z3z4zabcd交流電橋的平衡條件：）（）（即4231

26、423142314231jjjjjjezzezzezezezez電視大學電視大學33頁3.1.5應變片選擇與粘貼工藝應變片選擇與粘貼工藝（p64） ：(1)應變片的選擇：應變片的選擇：類型的選擇類型的選擇（絲繞式、箔式）材料的選用材料的選用（基底材料：酚醛類、聚酯類）阻值的選擇阻值的選擇（標稱阻值：120、350等）尺寸的選擇尺寸的選擇（應變片柵長（mm)：3mm、12mm.應變片型號代號7部分的含義：電視大學電視大學34頁中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（05.1.05.1.；07.7.07.7.）p65p653.1.5應變片選擇與粘貼工藝應變片選擇與粘貼工藝（p65） ：選擇題（每空2分

27、）應變片的選擇包括類型的選擇、材料的選用、和等。a、測量范圍的選擇b、電源的選擇c、阻值的選擇d、尺寸的選擇e、精度的選擇f、結構的選擇電視大學電視大學35頁3.1.5應變片選擇與粘貼工藝應變片選擇與粘貼工藝（p65） ：準備工作:a.試件的準備：在粘貼部位的表面，用砂布在與軸向成45的方向交叉打磨至粗糙度ra為63m清洗凈打磨面劃線即確定粘貼坐標線均勻涂一薄層粘接劑作底。b.應變片的準備：外表和阻值檢查劃線軸向標記清洗。涂膠涂膠: :在準備好的試件表面和應變片的基底上均勻涂一薄層粘接劑。貼片：貼片：將涂好膠的應變片與試件，按坐標線對準貼上用手指順軸向滾壓，去除氣泡和多余膠液按固化條件固化處理

28、。復查：復查：a.貼片偏差應在許可范圍內；b.阻值變化應在測量儀器預調平范圍內；c.引線和試件間的絕緣電阻應大于50m。接線：接線：根據(jù)工藝條件選擇好導線，然后通過中介接線片(柱)把應變片引線和導線焊接在一起，并加以固定。防護：防護：在安裝好的應變片和引線上涂以中性凡士林油、石蠟(短期防潮)，或石蠟松香黃油的混合劑(長期防潮)，或環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、清漆等(防機械劃傷)作防護用，以保證 應變片工作性能穩(wěn)定可靠。(2)應變片的粘貼應變片的粘貼電視大學電視大學36頁電阻應變片的選擇、粘貼技術電阻應變片的選擇、粘貼技術1.1.目測電阻應變片有無折痕目測電阻應變片有無折痕. .斷絲等斷絲等 缺陷，有缺

29、陷的應變片不能粘貼。缺陷，有缺陷的應變片不能粘貼。2.2.用數(shù)字萬用表測量應變片電阻值大用數(shù)字萬用表測量應變片電阻值大 小。同一電橋中各應變片之間阻值小。同一電橋中各應變片之間阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5歐姆歐姆. .3.3.試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.4.應變片粘貼應變片粘貼: :在應變片基底上擠一小滴在應變片基底上擠一小滴502502膠水，膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應變貼片位置。3.1.5應變

30、片選擇與粘貼工藝應變片選擇與粘貼工藝（參考）（參考） ：電視大學電視大學37頁3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器5.5.焊線焊線: :用電烙鐵將應變片的引線焊接到導引線上。用電烙鐵將應變片的引線焊接到導引線上。6.6.用兆歐表檢查應變片與試件之間的絕緣組織，應用兆歐表檢查應變片與試件之間的絕緣組織，應 大于大于500m500m歐。歐。7.7.應變片保護：用應變片保護：用704704硅橡膠覆于應變片上，防止硅橡膠覆于應變片上，防止 受潮。受潮。電視大學電視大學38頁中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（04.704.7）p65p653.1.5應變片選擇與粘貼工藝應變片選擇與粘貼工藝（p65） ：選擇

31、題（每空2分）粘貼應變片做好準備工作后要進行的工作是：。a、涂膠貼片復查接線防護b、涂膠接線復查貼片防護c、涂膠防護貼片復查接線d、涂膠接線貼片復查防護電視大學電視大學39頁 應變式傳感器包括兩個主要部分：一個是彈性敏感元件亦稱彈性體，利用它把被測的物理量 (如力、扭矩、壓力、加速度等)轉換為彈性體的應變值；另一個是應變片，它作為傳感元件，將應變轉換為電阻值的變化。按照用途不同，應變式傳感器可以分為應變式測力傳感器、應變式壓力傳感器、應變式加速度傳感器等。3.1.6 電阻應變式傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） (1)應變式測力傳感器應變式測力傳感器被測物理量為荷重或力的應變式傳感

32、器，統(tǒng)稱為應變式力傳感器。其主要用途是作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、發(fā)動機的推力測試等。測力傳感器的彈性元件就是力敏元件，它將被測力的大小的變化轉換成應變量的變化。彈性元件的形式有柱式、環(huán)式、懸臂梁式等。柱式、筒式力傳感器，應變片粘貼在彈性體外壁應力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片， 可承受很大載荷，最大可達107n，環(huán)式彈性體一般用于測量500n以上的荷載與柱式相比，特點是應力分布均勻，便于接成差動電橋。懸臂梁式彈性元件結構簡單、加工容易、應變片粘貼容易、靈敏度較高。它適用于小載荷的測量，約1103n。電視大學電視大學40頁2008-4-222008-4-223.1.6 電阻應變式

33、傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） 電視大學電視大學41頁(2)應變式加速度傳感器應變式加速度傳感器3.1.6 電阻應變式傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） 應變片式加速度傳感器的結構示意圖，圖中2是懸臂梁，自由端安裝質量塊1，另一端固定在基座4上。懸臂梁上粘貼四個電阻應變片3 。 測量時，將傳感器基座與被測對象剛性連接，當被測物體以加速度a 運動時，質量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應變片感受到并隨之產(chǎn)生應變，從而使應變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，即可得出加速度a值的大小。電

34、視大學電視大學42頁3.1.6 電阻應變式傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） (3)應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜態(tài)壓力a圖為筒式壓力傳感器，圓柱體內有一盲孔，被測壓力進入應變筒腔內，使筒發(fā)生變形，它將流體壓力的變化轉換成應變量的變化，因而得到壓力p。b圖盲孔外端實心部分貼一片應變片r2，當筒內有壓力時，實心部分不變形，只用作溫度補償。c圖沒有端部，r1和r2垂直粘貼，r1沿圓周，r2沿筒長，沿筒長方向r2做溫度補償用。電視大學電視大學43頁案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。3.1.6 電阻應變式

35、傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） 電視大學電視大學44頁案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過程監(jiān)測和生產(chǎn)過程監(jiān)測3.1.6 電阻應變式傳感器的應用（電阻應變式傳感器的應用（p66） 電視大學電視大學45頁3.2 壓阻式傳感器壓阻式傳感器p67沿一塊半導體某一軸向施加一定應力時，除了產(chǎn)生沿一塊半導體某一軸向施加一定應力時，除了產(chǎn)生一定應變外，材料的電阻率也要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象一定應變外，材料的電阻率也要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為半導體的稱為半導體的壓阻效應壓阻效應。3.2.1 壓阻效應壓阻效應:壓阻式傳感器的電阻相對變化率：其中半導體電阻率的相對變化起主要作用，則有：errl

36、l1為壓阻系數(shù)；為應力；為應變；e為彈性模量。e半導體電阻的相對變化近似等于電阻率的相對變化與應變成正比。兩邊同除有：常數(shù)errkl/0)21 (rr0rr金屬絲和箔式電阻應變片在應變式傳感器中得到廣泛應用，主要缺點是靈敏度系數(shù)小。20世紀50年代出現(xiàn)半導體應變片制成的傳感器（稱為固態(tài)壓阻式傳感器），固態(tài)壓阻式傳感器的突出優(yōu)點是靈敏度高(比金屬絲高5080倍)，尺寸小，橫向效應也小，滯后和蠕變都小，適用于動態(tài)測量。電視大學電視大學46頁中央電大往屆試題（中央電大往屆試題（05.705.7；06.706.7、07.1/07.1/09.109.1. .）p65p65選擇題（每空2分）固態(tài)壓阻式傳感

37、器靈敏度高，尺寸小，橫向效應也小，滯后和蠕變都小，因此適用于測量。a、靜態(tài)b、動態(tài)c、精確d、隨機3.2 壓阻式傳感器壓阻式傳感器p67電視大學電視大學47頁3.2 壓阻式傳感器壓阻式傳感器p693.2.2 結構與特性結構與特性a-單晶錠；b-按一定晶軸方向切成薄片；c-進行研磨加工；d-切成細條經(jīng)過光刻腐蝕工序；e-安裝內引線；f-粘貼在基底上并安裝外引線。敏感柵形狀有條形e圖；u型左圖；w型左圖。敏感柵長度一般為19mm.電視大學電視大學48頁3.2 壓阻式傳感器壓阻式傳感器p703.2.3 固態(tài)壓阻傳感器的測量電路固態(tài)壓阻傳感器的測量電路壓阻式應變片（切片）的靈敏系數(shù)雖然比金屬高得多，但

38、還覺得不夠高。為了進一步增大靈敏度，首先選定基底（即硅膜片），利用半導體擴散技術，將p型雜質擴散到n型硅膜片上，制成p型擴散電阻（壓敏電阻），裝上引線后，即形成擴散性半導體應變片。使用時，外界的壓力作用先引起硅膜形變，形變使壓敏電阻承受應力，該應力比壓力直接作用在壓敏電阻上產(chǎn)生的應力要大得多，好像硅膜起了放大作用。 若在圓形硅膜上擴散出若在圓形硅膜上擴散出4個個p型電阻構成電橋的型電阻構成電橋的4個橋臂，這樣的敏感器個橋臂，這樣的敏感器件稱為件稱為固態(tài)壓阻器件固態(tài)壓阻器件。r3r1r2r4r3r1r2r4 固體受力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應。壓阻式壓力傳感器是基于半導體材料(單晶硅)的

39、壓阻效應原理制成的傳感器，就是利用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴散壓敏電阻，當硅膜片受壓時，膜片的變形將使擴散電阻的阻值發(fā)生變化。硅平膜片上的擴散電阻通常構成橋式測量電路，相對的橋臂電阻是對稱布置的，電阻變化時，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對應關系。常采用的測量電路有：恒壓源供電、恒流源供電和放大電路。恒壓源供電、恒流源供電和放大電路。電視大學電視大學49頁(1)壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器固態(tài)壓阻式壓力傳感器的結構如圖所示。傳感器硅膜片兩邊有兩個壓力腔。一個是和被測壓力相連接的高壓腔，另一個是低壓腔，通常和大氣相通。 當膜片兩邊存在壓力差時，膜片上各點存在應力。膜片上的四個

40、電阻在應力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，其輸出的電壓與膜片兩邊壓力差成正比。這樣測得不平衡電橋的輸出電壓就能求得膜片所受的壓力差。3.2.4 壓阻式傳感器應用壓阻式傳感器應用 p74電視大學電視大學50頁(2)壓阻式加速度傳感器：壓阻式加速度傳感器：3.2.4 壓阻式傳感器應用壓阻式傳感器應用 p74壓阻式加速度傳感器是利用單晶硅作懸臂梁，在其根部擴散出4個電阻（上下面各兩個等值電阻），當懸臂梁自由端的質量塊受到外界加速度作用時，就將感受到的加速度轉變?yōu)閼T性力，產(chǎn)生應力，使4個電阻值發(fā)生變化。使電橋產(chǎn)生不平衡，從而輸出與外界的加速度成正比的電壓值。kulitegae813固態(tài)壓阻式加速度計的有關參數(shù)：量程10100g；靈敏度：15v/g；非線性誤差：土1；溫度范圍：-40一+200；固有頻率：10002000hz。1-基座；2-擴散電阻；3-單晶硅懸臂梁；4-質量塊。1234圖2.3.4 壓阻式加速度傳感器1-基座 2-擴散電阻3-質量塊 4-硅梁電視大學電視大學51頁3.3 熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器 p75利用導電材料的電阻率隨本身溫度變化而變化的利用導電材料的電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度效應制成的傳感器，稱為溫度效應制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器。3.3.1 工作原理工作