应变式传感器

1、2.1.1 2.1.1 工作原理工作原理2.1.2 2.1.2 金属应变片的主要特性金属应变片的主要特性2.1.3 2.1.3 测量电路测量电路2.1.4 2.1.4 应变式传感器应用应变式传感器应用1.金属的电阻应变效应长为长为l l、 截面积为截面积为a a、 电阻率为电阻率为的金属或半导体丝的金属或半导体丝, , 电阻电阻lra 若导电丝在轴向受到应力的作用若导电丝在轴向受到应力的作用, , 其长度变化其长度变化l l, , 截面截面积变化积变化a, a, 电阻率变化电阻率变化, , 而引起电阻变化而引起电阻变化r, r, 则则rlarla0k21rr为导体的纵向应变，其数值一般很小，常

2、以微应变度量；为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量；为电阻丝材料的泊松比，一般金属为电阻丝材料的泊松比，一般金属=0.3-0.5=0.3-0.5； （一）灵敏系数（二）横向效应（三）温度误差及其补偿rrk/“标称灵敏系数”：受轴向单向力（拉或压），试件材料为泊松系数=0.285条件下，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。电阻应变片的灵敏系数k (1+)，故(1+)项可以忽略llerr半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的，而电阻率的变化是由应变引起的 半导体单晶的应变灵敏系数可表示 errkl/半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质的增加而减小

3、 1. 结构型式及特点 2. 测量电路 主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 横向效应和机械滞后极小 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多 i = i + iirrrrrrrrririu4321324132110 4114140rrriirrrru0041uriu压阻式压力传感器结构简图1低压腔 2高压腔 3硅杯 4引线 5硅膜片 采用n型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜 工作原理：工作原理： 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。 四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡， 输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比

4、。 四个电阻的配置位置四个电阻的配置位置： 按膜片上径向应力r和切向应力t的分布情况确定。 )31 ()1(83)3()1(8322022202rrhprrhptr设计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。 优点: 体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。 测量准确度受到非线性和温度的影响。智能压阻式压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行补偿。 它的悬臂梁直接用单晶硅制成，四个扩散电阻扩散在其根部两面 。扩散电阻质量块基座应变梁a 由于制造、温度影响等原因，电桥存在失调、零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等

5、问题，影响传感器的准确性。 减少与补偿误差措施 1. 恒流源供电电桥 2. 零点温度补偿 3. 灵敏度温度补偿恒流源供电的全桥差动电路 假设rt为温度引起的电阻变化 iiiadcabc21电桥的输出为rirrrirrriuuttbd)(21)(210电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度无关，因此测量不受温度的影响。温度变化而变化，将引起温度变化而变化，将引起零漂零漂和和灵敏度漂移灵敏度漂移ur1r2r4r3u0rsrpvdabcd由于零点漂移，导致由于零点漂移，导致b、d两点电位不等，譬两点电位不等，譬如，当温度升高时，如，当温度升高时，r2的增加比较大，使的增加比较大

6、，使d点电位低于点电位低于b点，点，b、d两点的电位差即为零两点的电位差即为零位漂移。要消除位漂移。要消除b、d两点的电位差，最简单两点的电位差，最简单的办法是在的办法是在r2上并联一个温度系数为负、阻上并联一个温度系数为负、阻值较大的电阻值较大的电阻rp，用来约束，用来约束r2的变化。这样的变化。这样，当温度变化时，可减小，当温度变化时，可减小b、d点之间的电位点之间的电位差，以达到补偿的目的。当然，如在差，以达到补偿的目的。当然，如在r3上并上并联一个温度系数为正、阻值较大的电阻进行联一个温度系数为正、阻值较大的电阻进行补偿，作用是一样的。补偿，作用是一样的。零漂：扩散电阻值随温度变化，串、并联电阻。串联电阻零漂：扩散电阻值随温度变化，串、并联电阻