電阻式傳感器

1、一 電阻式傳感器、二 壓阻式傳感器三 電位計(jì)式傳感器四 熱電阻式傳感器3.1.1 工作原理及特性 1電阻應(yīng)變片的分類 電阻應(yīng)變片有很多種分類方法，如按敏感柵的材料可分為金屬柵應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片;按敏感柵的數(shù)目，形狀可分為單片，雙片，特殊形狀應(yīng)變片;按基底材料可分為紙基地應(yīng)變片，膠機(jī)底應(yīng)變片和金屬基底應(yīng)變片；按使用環(huán)境可分為高溫，低溫，高壓，磁場(chǎng)，水下應(yīng)變片；按粘貼方式可分為粘貼式，焊接式，埋入式應(yīng)變片。 金屬電阻應(yīng)變片分為3種，金屬絲式應(yīng)變片，金屬薄膜式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片。1 金屬絲式應(yīng)變片如圖a所示，這種應(yīng)變片出現(xiàn)的歷史最早，通常有紙基和膠基兩種，其敏感柵使用高電阻率的金屬絲（直徑通常

2、為0.002-0.01mm）繞城柵形。這種應(yīng)變片制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，曾被廣泛于低精度測(cè)量應(yīng)力，應(yīng)變的場(chǎng)合。但這類應(yīng)變片在受力時(shí)蠕變較大，容易斷裂，脫膠，使絕緣基底和覆蓋層分離，從而對(duì)測(cè)量精度造成很大的影響，目前有被取代的趨勢(shì)。2 金屬薄膜式應(yīng)變片如圖b所示，這種應(yīng)變片采用真空正度技術(shù)，將金屬材料蒸鍍成一層薄膜附著在絕緣底上制成電阻敏感元件，然后用覆蓋層加以保護(hù)。這種應(yīng)變片性能優(yōu)良，其應(yīng)變電阻取消了傳統(tǒng)的膠基，敏感元件與基底的接觸面積大，穩(wěn)定性好，應(yīng)變靈敏度高，工作溫度范圍廣，能在復(fù)雜，惡劣的環(huán)境條件下使用，而且金屬薄膜式應(yīng)變片工藝簡(jiǎn)單，參數(shù)一致性較好，適合于批量生產(chǎn)，因此目前應(yīng)用廣泛。3 金屬

3、箔式應(yīng)變片如圖c所示，這種應(yīng)變片是將合金材料壓延成0.003-0.01mm厚的金屬箔，經(jīng)過(guò)熱處理，涂刷樹脂材料，聚合成基底，然后采用光刻，腐蝕工藝，將粘貼于絕緣基底上的金屬箔片制成敏感網(wǎng)柵。2電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 常用的合金電阻應(yīng)變片的外觀和結(jié)構(gòu)如圖所示。它主要由基底，粘貼層，金屬絲敏感柵，覆蓋層，引線組成。1基底。基底是保護(hù)敏感柵并固定引線的材料層。它可以將試件發(fā)生的變形傳給敏感柵，并起到敏感柵與試件的絕緣作用。2粘接層。粘結(jié)層是具有一定電絕緣性能的粘接材料，用它可將敏感柵固定在基底上，或?qū)⒒坠潭ㄔ谠嚰砻妗?金屬絲敏感柵。金屬絲敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，其作用是將試件的機(jī)械應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變

4、化量，它是用金屬材料制成的單絲或柵狀體。4覆蓋層。覆蓋層是用來(lái)保護(hù)金屬絲敏感柵而覆蓋在上面的絕緣層，通常由膠膜或浸泡了樹脂膠液的玻璃纖維布置成，可以有效避免敏感柵形成短路或受機(jī)械損傷。5引線。引線是從金屬絲敏感柵引起的電信號(hào)的絲狀及帶狀導(dǎo)線。電阻應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變一電阻效應(yīng)制作的，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變-電阻效應(yīng)”。將電阻應(yīng)變片粘貼在試件（被測(cè)物件）表面上，并配以相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表，即可測(cè)量出試件受力后的應(yīng)變或與應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的物理量。3.2壓阻式傳感器金屬電阻應(yīng)變片的性能穩(wěn)定，精度較高，應(yīng)用廣泛，至今仍

5、在不斷地改進(jìn)和發(fā)展，但這類傳感器的缺點(diǎn)是應(yīng)變靈敏系數(shù)小。而半導(dǎo)體應(yīng)變片有效的改善了這一不足。用半導(dǎo)體應(yīng)變片制成的傳感器又稱為壓阻式傳感器。 壓阻式傳感器的典型特點(diǎn)是尺寸小，敏感度高，橫向效應(yīng)，滯后，蠕變都比較小，適合于動(dòng)態(tài)測(cè)量的場(chǎng)合。3.2.1 工作原理及特性 1壓阻式傳感器的分類及結(jié)構(gòu)1 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片 1954年，c.s史密斯詳細(xì)研究了硅的壓阻效應(yīng)。從此開始用硅制造壓力傳感器。早期的半導(dǎo)體應(yīng)變片采用機(jī)械加工，化學(xué)腐蝕等方法制成，稱為體型半導(dǎo)體應(yīng)變片。這種體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度比金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度大十余倍。其通常是將單晶硅錠切片，研磨，腐蝕，壓焊引線，最后粘貼在樹脂基底上制

6、成的。2擴(kuò)散性半導(dǎo)體應(yīng)變片 這種應(yīng)變片的出現(xiàn)晚于體型半導(dǎo)體應(yīng)變片，是以高電阻n型硅半導(dǎo)體為基底，將半導(dǎo)體p型雜質(zhì)擴(kuò)散到高電阻n型硅基底上，以形成一層非常薄的p型導(dǎo)電層，然后用超聲波或熱壓焊接并引出引線而成。 工作原理壓阻式傳感器是基于半大題材料的壓阻效應(yīng)原理而工作的。所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體晶體材料在某一方向受力產(chǎn)生變形時(shí)材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。對(duì)于長(zhǎng)為l，橫截面積為是，電阻率為p的條形半導(dǎo)體應(yīng)變片，在軸向力f的作用下，根據(jù)描述材料電阻變化的式可知；電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式一種常用的幾點(diǎn)元件，被廣泛應(yīng)用于各種電器和電子設(shè)備中。它是一種將機(jī)械的線位移和角位移輸入量轉(zhuǎn)換為電壓輸出的呈一定函數(shù)關(guān)

7、系的電阻或電壓輸出的傳感元件。主要用于測(cè)量壓力，高度和加速度等各種參數(shù)。 電位計(jì)式傳感器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，精度高，輸出信號(hào)大，性能穩(wěn)定，并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)。其缺點(diǎn)是要求輸入量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。電位計(jì)的種類很多，按照其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為繞線式電位計(jì)和非繞線式電位計(jì)。按照輸入和輸出特性的不同，可分為線性電位計(jì)和非線性電位計(jì)。目前，常用的以線繞單圈電位計(jì)居多。 工作原理及特征電位計(jì)的結(jié)構(gòu)由電阻元件，電刷，骨架等組成。其形成式有直滑式和旋轉(zhuǎn)式兩種，旋轉(zhuǎn)式又分為單圈旋轉(zhuǎn)和多圈旋轉(zhuǎn)式兩種。電刷由鋤頭，臂，導(dǎo)向及軸承等裝置組成。骨架的常用材料主要為陶瓷，酚醛樹脂及工

8、程塑料凳絕緣材料。2工作原理 電位計(jì)式傳感器是基于位移一電阻效應(yīng)制作的，即當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電刷觸點(diǎn)在電阻元件上產(chǎn)生位移，使該觸點(diǎn)與電阻元件間的電阻值發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)位移與電阻之間的線性轉(zhuǎn)換的。熱電阻式傳感器、 利用導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器被稱為熱電阻式傳感器，它蛀牙用于溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)，側(cè)溫范圍主要集中在中，低溫區(qū)域（-200650）。隨著科技技術(shù)的發(fā)展，這種傳感器的使用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)展，低溫方面已成功的應(yīng)用于-272-270的溫度測(cè)量。而在高溫方面，也出現(xiàn)了多種用于10001300的熱電阻式溫度傳感器。其測(cè)溫元件可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。工作原理及特性 1結(jié)構(gòu)熱電阻主要由電阻體，絕緣套管和接線盒等部件組成。雖然各種金屬材料的電阻率均隨溫度的