传感器与检测技术 3.2教学笔记

教师教学笔记教学内容摘要补充资料1、前情提要1.1电阻应变片的工作原理导电材料（金属、半导体）受拉伸作用时，在长度方向发生伸长变形的同时,会在径向收缩（受压时情况相反），其电阻发生相应变化。材料的伸长量与原长之比称为应变。利用材料应变量与其电阻变化量成正比的原理制成的器件称电阻应变片（计）。1.2导电材料的应变电阻效应电阻丝的应变效应为：在弹性极限范围内所引起的长度变化可由虎克定律给出

F的相关公式：式中E是材料的弹性模量，常数；σ是机械应力。2、压变式传感器2.1、灵敏系数（1）金属材料Km=(1+2)+C(1-2)为金属丝材的应变灵敏系数。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。教师教学笔记教学内容摘要补充资料（2）半导体材料Ks：半导体材料的应变灵敏系数，构成因素：尺寸变化和压阻效应。2.2应变片结构、种类为使小尺寸区域内的敏感元件有大信号输出，应变丝制成栅状。应变片结构形式多，但组成基本相同，金属材料应变片结构如图示。2.2.1结构：

(1)敏感栅——实现应变-电阻转换的敏感元件。

由直径0.015～0.05mm的金属丝绕成栅状

或用金属箔腐蚀成栅状。(2)基底——为保持敏感栅固定的形状、尺寸和

位置，通常用粘结剂将其固结在纸质或胶质的

基底上。基底必须很薄，一般为0.02～0.04mm。(3)引线——起着敏感栅与测量电路之间的过渡连

接和引导作用。通常取直径约0.1～0.15mm的低

阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。(4)盖层——纸、胶作成覆盖在敏感栅上的保护层；起防潮、防蚀等作用(5)粘结剂——制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；使用应变计时，用它把应变计基底粘贴在试件表面的被测部位。它起传递应变的作用。

2.2.2种类金属应变片：按所用合金材料分、按制栅工艺分、按使用温度分、

按安装方式分。

半导体：按所用半导体材料分、按制造工艺分2.3金属电阻应变片的粘贴应变片用粘结剂贴到被测件上。粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件应变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片材料和被测件材料性能，不仅要求粘接力强，粘结后机械性能可靠，而且粘合层要有足够大的剪切弹性模量、良好的电绝缘性、蠕变和滞后小、耐湿、耐油、耐老化、动态应力测量时耐疲劳等，还要考虑到应变片的工作条件，如温度、相对湿度、稳定性要求及贴片固教师教学笔记教学内容摘要补充资料化时加热加压的可能性等。典型操作步骤：（1）准备：试件打磨、清洗和应变片清洗，定位；

（2）涂胶：试件表面和应变片基底；（3）贴片：粘贴、固化；

（4）复查；位置、阻值变化、引线与试件间的绝缘电阻；（5）接线；

（6）防护：在应变片和引线上涂敷防潮、防损保护层。2.4半导体应变片的几种类型1）体型应变片一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片教师教学笔记教学内容摘要补充资料2）薄膜型应变片利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的试件上而制成，其结构如上图所示。3）扩散型半导体应变片将P型杂质扩散到N型硅单晶基底上，形成一层极薄的P型导电层，再通过超声波和热压焊法接上引出线就形成