傳感器原理及應(yīng)用第3章力壓力敏傳感器ppt課件

1、第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)分類(lèi)：分類(lèi)：按應(yīng)變片的基底資料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應(yīng)變片。按應(yīng)變片的基底資料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應(yīng)變片。按應(yīng)變片任務(wù)的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應(yīng)變片。按應(yīng)變片任務(wù)的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應(yīng)變片。按應(yīng)變片敏感柵所用資料可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變按應(yīng)變片敏感柵所用資料可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片片按應(yīng)變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式按應(yīng)變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)1.金屬應(yīng)變

2、計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器元件。是目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用數(shù)量最多的傳感器元件之一。器元件。是目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用數(shù)量最多的傳感器元件之一。A.金屬應(yīng)變計(jì)的根本原理金屬應(yīng)變計(jì)的根本原理金屬導(dǎo)體受外力作用時(shí)發(fā)活力械形變，導(dǎo)致其阻值大金屬導(dǎo)體受外力作用時(shí)發(fā)活力械形變，導(dǎo)致其阻值大小發(fā)生變化的景象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。小發(fā)生變化的景象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻：金屬導(dǎo)體的電阻：當(dāng)其受外力當(dāng)其受外力F時(shí)：時(shí)： 普通資料變形時(shí)，晶格畸變引起電阻率變化，使普通資料變形時(shí)，晶格畸變引起電阻率變化，使(d/)/有一定值稱

3、為壓阻系數(shù)，表示資料電阻率隨應(yīng)變有一定值稱為壓阻系數(shù)，表示資料電阻率隨應(yīng)變的變化，的變化，金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，那么其電阻的相對(duì)變化金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，那么其電阻的相對(duì)變化率與金屬絲縱向應(yīng)變率與金屬絲縱向應(yīng)變成正比。成正比。slRdRdssRdllRdR02121KddRdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)B.金屬應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造和分類(lèi)金屬應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造和分類(lèi)絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片(回線式和短接式兩種回線式和短接式兩種)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)B.金屬應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造和分類(lèi)金屬應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造和分類(lèi)箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片薄膜應(yīng)

4、變片薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片是利用薄膜工藝將應(yīng)變計(jì)資料直接堆積在彈性基底上薄膜應(yīng)變片是利用薄膜工藝將應(yīng)變計(jì)資料直接堆積在彈性基底上(0.0011.0um),利用光刻工藝構(gòu)成應(yīng)變計(jì)圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應(yīng)變利用光刻工藝構(gòu)成應(yīng)變計(jì)圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應(yīng)變計(jì)相比，薄膜應(yīng)變計(jì)具有無(wú)滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適宜于用計(jì)相比，薄膜應(yīng)變計(jì)具有無(wú)滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適宜于用來(lái)制造高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件來(lái)制造高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件C.金屬應(yīng)變計(jì)的參數(shù)金屬應(yīng)變計(jì)的參數(shù)應(yīng)變片的電阻值應(yīng)變片的電阻值R0靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K0第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)

5、電阻應(yīng)變計(jì)C.金屬應(yīng)變計(jì)的參數(shù)金屬應(yīng)變計(jì)的參數(shù)機(jī)械滯后機(jī)械滯后蠕變和零漂蠕變和零漂在一定溫度下，粘好的應(yīng)變計(jì)在一定溫度下，粘好的應(yīng)變計(jì)在一定的機(jī)械應(yīng)變?cè)谝欢ǖ臋C(jī)械應(yīng)變(1000)長(zhǎng)時(shí)間作用下，指示應(yīng)變隨時(shí)長(zhǎng)時(shí)間作用下，指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化稱為蠕變間的變化稱為蠕變(Dt),普通普通要求蠕變應(yīng)小于要求蠕變應(yīng)小于3 /h,也可也可用變化率用變化率(n= Dt /)來(lái)描畫(huà)。來(lái)描畫(huà)。 零點(diǎn)漂移是粘好的應(yīng)變計(jì)在一定溫度和無(wú)機(jī)械應(yīng)變時(shí)，指示應(yīng)變隨零點(diǎn)漂移是粘好的應(yīng)變計(jì)在一定溫度和無(wú)機(jī)械應(yīng)變時(shí)，指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化。時(shí)間的變化。絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應(yīng)大于絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應(yīng)大于1

6、010D.溫度和蠕變補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)溫度和蠕變補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)2.半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)A.半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體資料遭到應(yīng)力作用時(shí)，其晶格間距會(huì)發(fā)生變當(dāng)半導(dǎo)體資料遭到應(yīng)力作用時(shí)，其晶格間距會(huì)發(fā)生變化，使得其電阻率發(fā)生變化，這一景象稱為壓阻效應(yīng)?；?，使得其電阻率發(fā)生變化，這一景象稱為壓阻效應(yīng)。 半導(dǎo)體資料的電阻在外力作用下的相對(duì)變化與金屬一樣，半導(dǎo)體資料的電阻在外力作用下的相對(duì)變化與金屬一樣，但半導(dǎo)體資料的電阻率的相對(duì)變化與應(yīng)力但半導(dǎo)體資料的電阻率的相對(duì)

7、變化與應(yīng)力s成正比，即：成正比，即：式中式中為資料的壓阻系數(shù)，那么：為資料的壓阻系數(shù)，那么：對(duì)于半導(dǎo)體資料，其壓阻系數(shù)對(duì)于半導(dǎo)體資料，其壓阻系數(shù)很大，很大，G主要由主要由E決議，即決議，即GE，普通在，普通在50100之間。之間。即：即：B.壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)EdGEdRdR2121dERdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C.半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片普通分散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)普通分散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)SOI外延分散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)外延分散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)剪切型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)剪切型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)3.應(yīng)變計(jì)的丈量原理

8、和丈量電路應(yīng)變計(jì)的丈量原理和丈量電路A.直流電壓源單臂電橋直流電壓源單臂電橋 n=R1/R2B.半橋差動(dòng)電橋和全橋差動(dòng)電橋半橋差動(dòng)電橋和全橋差動(dòng)電橋當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)：時(shí)：2220)1 (RRnnEU)(444332211RRRRRRRREe第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C. 應(yīng)變片運(yùn)用應(yīng)變片運(yùn)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C. 應(yīng)變片運(yùn)用應(yīng)變片運(yùn)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C. 應(yīng)變片運(yùn)用應(yīng)變片運(yùn)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C. 應(yīng)變片運(yùn)用應(yīng)變片

9、運(yùn)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)C. 應(yīng)變片運(yùn)用應(yīng)變片運(yùn)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)D. 關(guān)于扭矩丈量關(guān)于扭矩丈量經(jīng)過(guò)丈量軸外表經(jīng)過(guò)丈量軸外表的扭應(yīng)變丈量扭矩的扭應(yīng)變丈量扭矩DdDWDWWMEEEEEEEE16)(;16;111144331331311第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)D. 關(guān)于扭矩丈量關(guān)于扭矩丈量

10、應(yīng)變計(jì)的布置應(yīng)變計(jì)的布置和組橋方案和組橋方案第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)D. 關(guān)于扭矩丈量關(guān)于扭矩丈量扭矩值的標(biāo)定扭矩值的標(biāo)定1)直接標(biāo)定法2)并聯(lián)電阻標(biāo)定法3)小軸模擬標(biāo)定法4)應(yīng)變梁模擬標(biāo)定法第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)D. 關(guān)于扭矩丈量關(guān)于扭矩丈量信號(hào)的傳輸與集流安裝信號(hào)的傳輸與集流安裝第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)E. 丈量電路丈量電路調(diào)電橋平衡調(diào)電橋平衡第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)E. 丈量電路丈量電路信號(hào)的放大信號(hào)的放大反相比例放大：反相比例放大：Af=-Rf/R1同相比例放大：同相比例放大：Af=1+Rf/R1電壓跟隨器：電壓跟隨器：差動(dòng)比例運(yùn)算電路差動(dòng)比例運(yùn)算電路:Af=-Rf/R1567RfR1R2ViVo567RfR1R2ViVo567ViVo567RfR1R1V2VoV1Rf 第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)E. 丈量電路丈量電路信號(hào)采集信號(hào)采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)E. 丈量電路丈量電路信號(hào)采集信號(hào)采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)E. 丈量電路丈量電路信號(hào)采集信號(hào)采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計(jì)電