第二章 节 电阻式传感器 《传感器（第5版）》课件.pptx

普通高等教育“十一五”国家级规划教材; 第一节 应变式传感器 第二节 压阻式传感器;基本原理：将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变成电量输出。 电阻材料：导体、半导体、电解质溶液等。 物理学原理：导体、半导体的长度或内应力变化、温度变化导致电阻变化。 被测参数：力、压力、应变、加速度等。 主要优点：结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的可用于动态测量。 本章主要研究的内容：应变式传感器和压阻式传感器。;; 设一根长为l，截面积为S，电阻系数为ρ的电阻丝，其电阻值R为：; （二）应变片的基本结构及测量原理 合金电阻丝（φ0.025mm左右）绕成敏感栅； 敏感栅粘贴在绝缘的基底1 ； 电阻丝的两端焊接引出线4； 敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层3。;二、应变片的类型和材料 ★三种类型：金属丝式，金属箔式和金属薄膜式。 1、金属丝式应变片 ; ?回线式： 敏感栅丝直径在0.012～0.05mm，以0.025mm左右为最常用； 回线的曲率半径r为0.1～0.3mm； 基片用厚度为0.03mm左右的薄纸（称纸基），或用粘结剂和有机树脂基膜制成（称胶基），粘贴性能好，能保证有效地传递变形。 引线多用0.15～0.30mm直径的镀锡铜线与敏感栅相接。 回线式主要特点：因制作简单，性能稳定，成本低，易粘贴，所以最为常用。但因弯曲部的变形使其横向效应较大。 ; ?短接式： —两端用直径比栅丝直径粗5～10倍的镀银丝短接而成，有效克服了横向效应。 —由于焊点多，易在焊点处出现疲劳损坏，制造工艺要求高，使用较少。 ?金属丝常用的材料有康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁镍铬合金以及贵金属（铂、铂钨合金）等。 ;2、金属箔式应变片 制作工艺：箔式应变片是在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。 ; 优点： 可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅，栅长l最小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求。 与被测试件接触面积大，粘结性能好。散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度。 横向效应可以忽略。 蠕变、机械滞后小，疲劳寿命长。 缺点： 电阻值的分散性大，有的能相差几十欧坶，故需要作阻值调整。 ; 3、金属薄膜应变片 制作工艺：采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1μm以下的金属电阻材料薄膜敏感栅，最后再加上保护层，易实现工业化批量生产。 特点：电阻值高于箔式，形状和尺寸更精确；散热性好，适于较宽温度范围，应达－197～317℃；电阻值精度高，达0.01%；无胶结，避免了分选和粘贴。;★粘结剂和粘贴技术 1、粘合剂 合理选择粘合剂： 粘合剂必须适合应变片材料和被测试件材料及环境，例如工作温度、湿度、化学腐蚀等。 对粘合剂要求： （1）有一定的粘结强度； （2）能准确传递应变，有足够的剪切弹性模量； （3）蠕变、机械滞后小； （4）有足够的稳定性能； （5）耐湿、耐油、耐老化、耐疲劳等。 常用的粘合剂类型有硝化纤维素粘合剂、氰基丙烯酸脂粘合剂、有机硅粘合剂等。; 2、粘贴工艺 （1）应变片的检查和阻值检查； （2）试件表面处理，为了使应变片牢固地粘贴在试件表面上，必须将要贴片处的表面部分打磨，使之平整光洁。清洗使之无油污、氧化层、锈斑等； （3）定位划线； （4）粘贴应变片，并压合，使粘合剂的厚度尽量减薄； （5）粘合剂固化处理； （6）引线的焊接处固定以及防护与屏蔽处理等。 ; 三、金属应变片的主要特性 1、灵敏系数 定义：应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 公式： ; 说明： 应变片的电阻—应变特性与金属单丝时不同，因此须用实验方法对应变片的灵敏系数k进行测定。 测定时必须按规定的标准，例如受轴向单向力（拉或压），试件材料为泊松系数μ=0.285的钢等。 一批产品中只能抽样5％的产品来测定，取平均值及允许公差值作为该批产品的灵敏系数，又称“标称灵敏系数”。 实验表明，电阻应变片的灵敏系数k恒小于电阻丝的灵敏系数k0，其原因除了粘结层传递变形失真外，还存在有横向效应。 ;图2-4 横向效应 ; 结论： 1、将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称横向效应。 2、当实际使用应变片时，使用条件与标定灵敏系数k时的标定规则不同时，实际k值要改变，