传感器原理及应用-第3章.ppt

1、传感器原理和应用principlesandapplicationsofsensors，发表：王殿生教授，第三章，作业，第二版教材61-62页：3- 5，3-6第三版教材60-，应变式电阻传感器，第三章应变式传感器，应变式电阻有拉伸式(柱、筒、环形元件)、弯曲式、剪切式。 应变式传感器的特点：材料类型：金属应变片、半导体应变片的应用范围：应变力、压力、扭矩、位移、加速度的主要优点：易于使用、精度高、范围宽、体积小、电阻应变片的发展历史，第三章应变式传感器，1856 1938年，e . 1953年，P. Jackson利用光电微影技术技术制作了箔式应变男同性恋。 1954年，C. Smith发现了

2、半导体材料的压阻效应。 1957年，W. Mason研制了半导体应变男同性恋胶。 第3章应变式传感器，3.1电阻应变男同性恋的工作原理3.2电阻应变男同性恋的种类3.3电阻应变男同性恋的主要特性3.4电阻应变男同性恋的测量电路3.5应变式传感器的应用， 第3章应变式传感器3.1电阻应变男同性恋的工作原理3.2电阻应变男同性恋的种类3.3电阻应变男同性恋的主要特性3.4电阻应变男同性恋的测量电路3.5应变传感器的应用，应变传感器的核心零配件：电阻应变男同性恋将试验片上的应力变化转换为电阻变化。 畸变效果：导体和半导体在受到来自外部的力时会发生机械变形，电阻值随着机械变形而变化的现象被称为畸变效果

3、。应变效应、3.1电阻应变男同性恋的工作原理，另一方面，对于金属的应变效应是长度为l、横截面积为a、电阻率为的金属合十礼层，其电阻值r如果在电阻合十礼层的长度上作用有均匀的应力，则l、a的变化(d、dL、dA )是由上式的全微分得到的dR，如果电阻丝为圆形如果对r进行dA=2r dr微分，则3.1电阻应变男同性恋定的工作原理如下：在弹性范围内拉伸合十礼时沿轴向延伸，在径向收缩时轴向应变与径向应变的关系为y=。 定义： KS是金属丝的灵敏度系数，表示单位应变引起的电阻的相对变化，一、金属的应变效应、3.1电阻应变片的工作原理、应力与应变的关系有：应力=E、应变dR、dR。 实验证明，金属的应变效

4、应、确定的金属材料、(1 2 )项为常数，其数值约为1 2之间，d/x也为常数。 金属的电阻相对变化应该是成比例关系的。 弹性元素可以将应力转化为应变。 这是应变式传感器测量应力的基本原理。 3.1电阻应变男同性恋的工作原理，应变维数为1。 通常应变小，通常用10-6表示。 例如，如果应变为0.000001，则项目工程情况下，应变通常显示为110-6或m/m。 在应变测量中，也称为微应变。 另一方面，金属的应变效应、金属材料：灵敏度系数式中的1 2的值远大于(d/)/x。 灵敏度系数KS是(1)应变片受力的材料的几何尺寸的变化，即(1)2)应变男同性恋紧件受力后的材料的电阻率的变化，即(d/)

5、/x。 3.1电阻应变男同性恋的工作原理、一、金属的应变效应、半导体应变男同性恋二也被称为压阻式传感器。 根据半导体材料的压阻效应化学基制作的纯抗逆性元件。 3.1电阻应变男同性恋的工作原理，压阻效应：半导体材料的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。 半导体材料的敏感条电阻率的相对变化值与轴向受到的应力之比是一定的。即，二、半导体的压阻效应，当半导体材料受到轴向力时，电阻相对地变化为l半导体材料的压阻系数。 式中的1 2项根据几何形状而变化，lE项是压阻效应，根据电阻率而变化。 几何形状、压电电阻效应、实验证明lE比1 2大近100倍，因此1 2可以忽略，半导体应变男同性恋的灵敏度系数： 3.

6、1电阻应变男同性恋的工作原理、半导体应变男同性恋的灵敏度系数比金属合十礼式的高5080倍，但半导体材料的温度系数大，应变时的非线性比较严重， 扩大应用范围，半导体应变男同性恋的优点：体积小，灵敏度高，频率响应范围宽，输出振幅大，不需要放大器，可直接连接记录修正，测量系统简单。 二、半导体压阻效应，第三章应变式传感器，3.1电阻应变男同性恋片的工作原理3.2电阻应变男同性恋片的种类3.3电阻应变男同性恋片的主要特性3.4电阻应变男同性恋片的测量电路3.5应变式传感器的应用，金属应变男同性恋片：线式箔式薄膜式，1、金属线式应变男同性恋二金属电阻丝(合金、)； 3.2电阻应变男同性恋的种类、一、金属

7、电阻应变男同性恋齐、材料类别分类：结构类别分类：单张、两张、特殊形状、使用环境类别：利用高温、低温、高压、磁场、水中、光电微影技术、腐蚀等工艺薄的优点：表面积与截面积之比大，散热条件好，能通过的电流大，各种各样、金属箔式应变男同性恋二、3.2电阻应变男同性恋二的种类，一、金属应变男同性恋二、金属箔式应变男同性恋二、金属薄膜应变男同性恋二采用真空镀膜或溅射式阴极扩散等方法，在薄基材上制作金属电阻材料薄膜形成应变男同性恋二。 特点：该应变男同性恋具有高灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围宽。 常用金属薄膜应变男同性恋二、3.2电阻应变男同性恋二的种类、一、金属应变男同性恋二、金属薄膜应变男同性

8、恋二、3.2电阻应变男同性恋二的种类、金属应变男同性恋二的基本构造、一、体型半导体应变男同性恋二半导体材料将硅或锗结晶沿一定方向切片，进行蚀刻压接而粘贴在基板上制作。 体型半导体应变男同性恋的构造、3.2电阻应变男同性恋的种类、二、半导体应变男同性恋、半导体应变男同性恋的类型：体型、薄膜型和扩散型等。 通过薄膜制造技术，在带绝缘层的试验片上堆积半导体材料薄膜而制作。 3.2电阻应变男同性恋的种类、二、半导体应变男同性恋二、薄膜型半导体应变男同性恋二、薄膜型半导体应变男同性恋二的构造、p型杂质扩散到n型单晶硅基板上，形成极薄的p型导电层，并通过医学超声和热压接法连接引线，形成扩散型半导体应变男同

9、性恋二。 3.2电阻应变男同性恋的种类，二、半导体应变男同性恋3、扩散型半导体应变男同性恋二、扩散型半导体应变男同性恋二的结构，第三章应变男同性恋二的工作原理3.2电阻应变男同性恋二的种类3.3电阻应变男同性恋二的主要特性3.4电阻应变男同性恋二的测量电路3.5应变片的应用一、弹性敏感元件的基本特性二， 电阻应变男同性恋的灵敏度系数为三，电阻应变男同性恋的横向效应为四，电阻应变男同性恋的机械延迟，零点漂移和蠕变为五，电阻应变男同性恋的应变极限为六，电阻应变男同性恋的电阻值和最大生物电流为七，电阻应变片的动态特性为八，电阻应变片的温度误差弹性变形：外力消除后，物体完全恢复原来的尺寸和形状弹性元素

10、：具有弹性变形特性的物体。 3.3电阻应变男同性恋的主要特性，一、弹性敏感元件的基本特性，弹性元件在应变男同性恋测量技术中占有极其重要的地位。、传递至粘贴于弹性元件的应变片，力、力矩或压力变换为相应的应变或位移，力、力矩或压力由应变片变换为相应的电阻值，定义：弹性元件的单位变形所需的力用c表示。 刚性是弹性元件受外力而变形的大小的尺度，公式为3.3电阻应变男同性恋的主要特性，一是弹性传感器的基本特性1，刚性，f是作用于弹性元件的外力，单位为牛顿(n )； x弹性元件的变形单位为毫米(mm )。 弹性特性曲线可以由弹性特性曲线求出刚性。 曲线1上的a点的刚性超过a点成为切线，与水平夹角的正切为a

11、点的刚性，即tan=dF/dx。 曲线性为直线时，刚性为常数，即tan=F/x=常数。 定义：通常用刚性的倒数表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用s表示，公式为3.3电阻应变男同性恋的主要特性，而弹性传感器的基本特性2，灵敏度，灵敏度：弹性元件在单位力下变形的大小。 表明灵敏度大，弹性元件柔软，变形大。 弹性特性曲线与刚性相似，弹性特性若为直线，则灵敏度一定，弹性特性若为非线性，则灵敏度为变量，该弹性要素表示在弹性变形范围内，各个单位力引起的变形的大小不同。 一、弹性传感器的基本特性二、电阻应变男同性恋条的灵敏度系数三、电阻应变男同性恋条的横向效应四、电阻应变男同性恋条的机械延迟、

12、零点漂移和蠕变五、电阻应变男同性恋条的应变极限六、电阻应变男同性恋条的电阻值、绝缘阻抗和最大工作电流七、电阻应变仪的动态特性八、电阻应变仪的温度误差、 3.3电阻应变男同性恋的主要特性，二、电阻应变男同性恋的灵敏度系数，但材料为应变男同性恋后的电阻应变特性与灵敏度材料本身不同。 实验表明，应变片的电阻相对变化和应变在大范围内呈线性关系：灵敏度系数k表示安装在被试验片上的应变片在其轴向受到单向式应力时引起的电阻相对变化与其单向式应力引起的试验片表面轴向应变之比。 测量结果表明，应变男同性恋的灵敏度系数小于灵敏度材料的灵敏度系数。 3.3电阻应变男同性恋的主要特性、二、电阻应变男同性恋的灵敏度系数

13、、主要影响因素：传感器男同性恋结构造型、成型工艺、胶粘剂和基体性能，尤其是横向效应。 公称灵敏度系数：灵敏度系数通常从批量生产开始按批量进行采样，在规定的条件下，通过实测确定，将失真男同性恋定的灵敏度系数称为公称灵敏度系数。 应变男同性恋的灵敏度系数与应变测量的精度直接相关。 一、弹性传感器的基本特性二、电阻应变男同性恋条的灵敏度系数三、电阻应变男同性恋条的横向效应四、电阻应变男同性恋条的机械延迟、零点漂移和蠕变五、电阻应变男同性恋条的应变极限六、电阻应变男同性恋条的电阻值、绝缘阻抗和最大工作电流七、电阻应变仪的动态特性八、 电阻应变男同性恋的温度误差应变男同性恋的传感器男同性恋的两端是半圆弧

14、状的横向男同性恋，在测量应变时，部件的轴向应变使传感器男同性恋电阻变化，其横向应变也使传感器男同性恋的半圆弧部分的电阻变化。 扭曲片的这种受到轴向扭曲的影响和横向扭曲的影响双方而引起电阻变化的现象称为横向效应。3.3电阻应变男同性恋条的主要特性，三、电阻应变男同性恋条的横向效应一、弹性感应元件的基本特性二、电阻应变男同性恋条的灵敏度系数三、电阻应变男同性恋条的横向效应四、电阻应变男同性恋条的机械延迟、零点漂移及蠕变五、电阻应变仪的应变极限六、电阻应变仪的电阻值与最大工作电流七、 电阻应变男同性恋的动态特性8、电阻应变男同性恋的温度误差(2)在制造或粘贴应变男同性恋时，传感器男同性恋受到的不适当

15、的变形和胶粘剂的硬化是不一盏茶等。 1 .机械滞后应变片粘贴在被试验片上，温度一定时，其负荷特性和卸载特性不重合，即机械滞后。 3.3电阻应变男同性恋的主要特性，四、电阻应变男同性恋的机械延迟、零点漂移及蠕变与应变男同性恋所承受的应变量有关，负荷时的应变越大，卸载时的延迟也越大。 通常，为了减少机械迟滞现象引起的误差，在实验前预先进行几次相加、卸载。 2、零位移相对于粘贴的应变男同性恋，温度一定时，不受到应变时，其电阻值随时增加变化的特性称为应变男同性恋的零位移。 零点漂移的原因：传感器男同性恋通电后，温度效应应变男同性恋的内部应力逐渐变化，胶粘剂硬化不一盏茶等。 3 .蠕变在一定温度下应变片

16、受到一定的机械应变时，电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。 一般蠕变的方向与原来的应变量的方向相反。 爬升的原因：橡胶层间产生“滑动”，力传递到传感器网格的应变量逐渐减少。 3.3电阻应变男同性恋的主要特性：四、电阻应变男同性恋的机械延迟、零点漂移和蠕变一、弹性敏感元件的基本特性二、电阻应变男同性恋的灵敏度系数三、电阻应变男同性恋的横向效应四、电阻应变男同性恋的机械延迟、零点漂移和蠕变五、电阻应变仪的应变极限六、 电阻应变男同性恋的电阻值和最大生物电流7，电阻应变男同性恋的动态特性8，电阻应变男同性恋的温度误差，应变男同性恋的应变界限，3.3电阻应变男同性恋的主要特性，5，电阻应变男同性恋的

17、应变界限，真应变：受到工作温度的变化和机械负荷，被试验片内产生应力时引起的表面应变一、弹性传感器的基本特性二、电阻应变男同性恋条的灵敏度系数三、电阻应变男同性恋条的横向效应四、电阻应变男同性恋条的机械延迟、零点漂移和蠕变五、电阻应变男同性恋条的应变极限六、电阻应变男同性恋条的电阻值、绝缘阻抗和最大工作电流七、电阻应变仪的动态特性八、 电阻应变男同性恋的温度误差金属电阻应变男同性恋的电阻值标准化，有60、120、250、350、1000等系列，其中120是最常用的。 3.3电阻应变男同性恋二的主要特性，六、电阻应变男同性恋二的电阻值，绝缘阻抗与最大生物电流，二、绝缘阻抗应变男同性恋二的绝缘阻抗，是指所贴应变男同性恋二的导线与被测头之间的电阻值Rm。 通常要求Rm在50100 M以上。 3.3电阻应变男同性恋的主要特性，6、电阻应变男同性恋的电阻值，绝缘阻抗和最大生物电流，2、绝缘阻抗绝缘阻抗的下降会降低测量系统的灵敏度。 Rm取决于胶粘剂和基材的种类以及固化工艺。 在常温使用条件下采取必要的防潮对策，在中温或高温条件下选定绝缘性好的胶粘剂和基材。 3、最大生物电流应变男同性恋齐可通过传感器男同性恋而不影响其工作特性的最大电流Im