传感器与检测技术第二版陈洁黄鸿电阻传感器

1、第一节 概 述1. 传感器定义传感器（Sensor/Transducer）是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。2. 传感器的构成 传感器一般由敏感元件与转换元件组成。被测信息敏感元件转换元件辅助电源信号调理电路输出信息敏感元件(Sensing element) 是指传感器中能直接感受被测量的部分转换元件(Transition element) 是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。敏感元件转换元件 压 力 作 用

2、膜片形变（应变） 应变片电阻改变 应变式压力传感器结构简图3. 传感器的分类(1)按被测物理量分类:(2)按工作原理分类:(3)按信号变换特征:(4)按被测量与输出电量之间的关系:(5)按输出信号分:位移,力,温度等.电阻式、电容式、磁电式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.开关型（二值型）、模拟型和数字型.A 物性型与结构型传感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,压电测力计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.B 能量转换型和能量控制型传感器能量转换型（有源传感器）:直接由被测对象输入能量使其工作.

3、例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型（无源传感器）:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如:电阻式、电容式、电感式.4. 传感器的基本特性1）灵敏度2）线性度3）重复性4）稳定性5）精确度6）动态特性7）环境参数电阻传感器-电位器式电阻传感器应变片式电阻传感器 第二节 电阻式传感器 把被测量转换为电阻变化的一种传感器，是一种能量控制型传感器被测信息敏感元件转换元件辅助电源信号调理电路输出信息电阻元件电阻元件传感元件为电阻元件 其结构简单、易于制造、价格便宜、性能稳定、输出功率大，应用广泛。1 电位器式传感器例题1：演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时

4、，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( )A 物体M运动时，电源内的电流会发生变化B 物体M运动时，电压表的示数会发生变化C 物体M不动时，电路中没有电流D 物体M不动时，电压表没有示数优点：结构简单、性能稳定，输出信号大缺点： 分辨力不高。因受到电阻丝直径的限制。 噪声大。电刷和电阻元件之间接触面的变动和磨损、 尘埃附着等，都会使电刷在滑动过程中的接触电阻发生不规则变化，产生噪声。 动态响应较差，适合于测量变换较慢的量。重量设定原材料应用：重量的自动检测-配料设备原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻

5、的变化煤气包储量检测煤气包钢丝原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化钢丝-收线圈数 -电位器-电阻主要优点：精度高，测量范围广、使用寿命长，性能稳定可靠、结构简单、尺寸小，重量轻、频率响应特性好，响应时间约为10-7秒、可在各种恶劣条件下工作、应变片种类繁多，价格便宜斜拉桥上的斜拉绳应变测试常用的应变片可分为两类: 金属电阻应变片和半导体电阻应变片。其中金属应变片有丝式电阻应变片和箔式应变片。半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。半导体应变片与金属丝式应变片的比较：优点：灵敏系

6、数高，可比金属丝高5080倍，频率相应范围宽，横向效应小等。缺点：温度系数大，应变时非线性比较严重，应用范围有限。一、应变式传感器1、应变片的工作原理-电阻的应变效应 我们可以做这样一个较简单的实验：取一根细电阻丝，两端接上一台数字式欧姆表（分辨率为1/2000），记下其初始阻值（图中为10.01）。当我们用力将该电阻丝拉长时，会发现其阻值略有增加（增加到为10.05）。测量应力、应变、力的传感器就是利用类似的原理制作的。电阻丝应变效应用应变片测试应变时，将应变片粘贴在试件表面。当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，通过测量转换电路最终转换成电压或电流的变化

7、。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应, 即在导体产生机械变形时, 它的电阻值相应发生变化。 一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为 R=式中: 电阻丝的电阻率; L电阻丝的长度; S电阻丝的截面积。 （3 -1）应变效应金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层和引线等部分组成, 如图所示 箔式应变片 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.0030.01mm。其优点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所需的形状, 便于批量生产。 敏感栅是应变片的核心部分, 它粘贴在绝缘的基片上, 其上再粘贴起保护作用的覆盖层, 两端焊接引出导线。金属电阻应

8、变片的敏感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅, 其厚度一般在0.0030.01mm。其优点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所需的形状, 便于批量生产。 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成0.1m以下的金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。应变片的粘贴1. 去污：采用手持砂轮工具除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力 ，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。2. 确定中心线3.贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片放上去，并

9、调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出下面的气泡 。4.接引线引出导线要用柔软、不易老化的胶合物适当地加以固定，以防止导线摆动时折断应变片的引线。然后在应变片上涂一层柔软的防护层，以防止大气对应变片的侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。悬臂梁实物 FF固定点固定点电缆测量电路由于机械应变一般都很小, 要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来, 同时要把电阻相对变化R/ R转换为电压或电流的变化。因此, 需要有专用测量电路用于测量应变变化而引起电阻变化的测量电路, 通常采用直流电桥和交流电桥测量转换电路（本节重点）测量电桥（直流电桥）单臂电桥试件双臂电桥（差动半桥）R1、 R2为应变片， R3、R4为固定电阻 。应变片R1 、R2 感受到的应变12以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。试件巧妙的安装应变片被拉伸被压缩应变片试件全桥讨论：单臂电桥、双臂