传感器原理及应用第3章力压力敏传感器ppt课件

1、第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计分类：分类：按应变片的基底资料可分为：纸基、胶基、浸胶基和金属基应变片。按应变片的基底资料可分为：纸基、胶基、浸胶基和金属基应变片。按应变片任务的温区可分为：低温、常温、中温、及高温应变片。按应变片任务的温区可分为：低温、常温、中温、及高温应变片。按应变片敏感栅所用资料可分为：金属电阻应变片和半导体电阻应变按应变片敏感栅所用资料可分为：金属电阻应变片和半导体电阻应变片片按应变片安装方法可分为：粘贴式与非粘贴式张丝式按应变片安装方法可分为：粘贴式与非粘贴式张丝式第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计1.金属应变

2、计金属应变计是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感是一种能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感器元件。是目前国内外运用数量最多的传感器元件之一。器元件。是目前国内外运用数量最多的传感器元件之一。A.金属应变计的根本原理金属应变计的根本原理金属导体受外力作用时发活力械形变，导致其阻值大金属导体受外力作用时发活力械形变，导致其阻值大小发生变化的景象，称为金属的电阻应变效应。小发生变化的景象，称为金属的电阻应变效应。金属导体的电阻：金属导体的电阻：当其受外力当其受外力F时：时： 普通资料变形时，晶格畸变引起电阻率变化，使普通资料变形时，晶格畸变引起电阻率变化，使(d/)/有一定值称

3、为压阻系数，表示资料电阻率随应变有一定值称为压阻系数，表示资料电阻率随应变的变化，的变化，金属的压阻系数很小，可以忽略，那么其电阻的相对变化金属的压阻系数很小，可以忽略，那么其电阻的相对变化率与金属丝纵向应变率与金属丝纵向应变成正比。成正比。slRdRdssRdllRdR02121KddRdR第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计B.金属应变计的构造和分类金属应变计的构造和分类丝式应变片丝式应变片(回线式和短接式两种回线式和短接式两种)第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计B.金属应变计的构造和分类金属应变计的构造和分类箔式应变片箔式应变片薄膜应

4、变片薄膜应变片薄膜应变片是利用薄膜工艺将应变计资料直接堆积在弹性基底上薄膜应变片是利用薄膜工艺将应变计资料直接堆积在弹性基底上(0.0011.0um),利用光刻工艺构成应变计图形。与传统的粘贴式应变利用光刻工艺构成应变计图形。与传统的粘贴式应变计相比，薄膜应变计具有无滞后和蠕变、稳定性好等优点，适宜于用计相比，薄膜应变计具有无滞后和蠕变、稳定性好等优点，适宜于用来制造高内阻、小型化、高精度和高稳定性的力敏器件来制造高内阻、小型化、高精度和高稳定性的力敏器件C.金属应变计的参数金属应变计的参数应变片的电阻值应变片的电阻值R0灵敏系数灵敏系数K0第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计

5、电阻应变计C.金属应变计的参数金属应变计的参数机械滞后机械滞后蠕变和零漂蠕变和零漂在一定温度下，粘好的应变计在一定温度下，粘好的应变计在一定的机械应变在一定的机械应变(1000)长时间作用下，指示应变随时长时间作用下，指示应变随时间的变化称为蠕变间的变化称为蠕变(Dt),普通普通要求蠕变应小于要求蠕变应小于3 /h,也可也可用变化率用变化率(n= Dt /)来描画。来描画。 零点漂移是粘好的应变计在一定温度和无机械应变时，指示应变随零点漂移是粘好的应变计在一定温度和无机械应变时，指示应变随时间的变化。时间的变化。绝缘电阻：敏感栅与基底间的绝缘电阻应大于绝缘电阻：敏感栅与基底间的绝缘电阻应大于1

6、010D.温度和蠕变补偿应变计温度和蠕变补偿应变计温度自补偿应变计温度自补偿应变计蠕变自补偿应变计蠕变自补偿应变计第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计2.半导体应变计半导体应变计A.半导体资料的压阻效应半导体资料的压阻效应当半导体资料遭到应力作用时，其晶格间距会发生变当半导体资料遭到应力作用时，其晶格间距会发生变化，使得其电阻率发生变化，这一景象称为压阻效应。化，使得其电阻率发生变化，这一景象称为压阻效应。 半导体资料的电阻在外力作用下的相对变化与金属一样，半导体资料的电阻在外力作用下的相对变化与金属一样，但半导体资料的电阻率的相对变化与应力但半导体资料的电阻率的相对

7、变化与应力s成正比，即：成正比，即：式中式中为资料的压阻系数，那么：为资料的压阻系数，那么：对于半导体资料，其压阻系数对于半导体资料，其压阻系数很大，很大，G主要由主要由E决议，即决议，即GE，普通在，普通在50100之间。之间。即：即：B.压阻系数压阻系数EdGEdRdR2121dERdR第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C.半导体应变片半导体应变片体型半导体应变片体型半导体应变片普通分散型半导体应变计普通分散型半导体应变计SOI外延分散型半导体应变计外延分散型半导体应变计剪切型半导体应变计剪切型半导体应变计薄膜型半导体应变计薄膜型半导体应变计3.应变计的丈量原理

8、和丈量电路应变计的丈量原理和丈量电路A.直流电压源单臂电桥直流电压源单臂电桥 n=R1/R2B.半桥差动电桥和全桥差动电桥半桥差动电桥和全桥差动电桥当当R1=R2=R3=R4时：时：2220)1 (RRnnEU)(444332211RRRRRRRREe第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C. 应变片运用应变片运用第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C. 应变片运用应变片运用第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C. 应变片运用应变片运用第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C. 应变片运用应变片

9、运用第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计C. 应变片运用应变片运用第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计D. 关于扭矩丈量关于扭矩丈量经过丈量轴外表经过丈量轴外表的扭应变丈量扭矩的扭应变丈量扭矩DdDWDWWMEEEEEEEE16)(;16;111144331331311第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计D. 关于扭矩丈量关于扭矩丈量

10、应变计的布置应变计的布置和组桥方案和组桥方案第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计D. 关于扭矩丈量关于扭矩丈量扭矩值的标定扭矩值的标定1)直接标定法2)并联电阻标定法3)小轴模拟标定法4)应变梁模拟标定法第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计D. 关于扭矩丈量关于扭矩丈量信号的传输与集流安装信号的传输与集流安装第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计E. 丈量电路丈量电路调电桥平衡调电桥平衡第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计E. 丈量电路丈量电路信号的放大信号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电压跟随器：电压跟随器：差动比例运算电路差动比例运算电路:Af=-Rf/R1567RfR1R2ViVo567RfR1R2ViVo567ViVo567RfR1R1V2VoV1Rf 第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计E. 丈量电路丈量电路信号采集信号采集第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计E. 丈量电路丈量电路信号采集信号采集第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电阻应变计E. 丈量电路丈量电路信号采集信号采集第第3章章 力力/压力敏传感器压力敏传感器电阻应变计电