傳感器原理及應用第3章力壓力敏傳感器ppt課件

1、第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計分類：分類：按應變片的基底材料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應變片。按應變片的基底材料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應變片。按應變片工作的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應變片。按應變片工作的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應變片。按應變片敏感柵所用材料可分為：金屬電阻應變片和半導體電阻應變按應變片敏感柵所用材料可分為：金屬電阻應變片和半導體電阻應變片片按應變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式）按應變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式）第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計1.金屬

2、應變計金屬應變計是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感是一種能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感器元件。是目前國內(nèi)外應用數(shù)量最多的傳感器元件之一。器元件。是目前國內(nèi)外應用數(shù)量最多的傳感器元件之一。A.金屬應變計的基本原理金屬應變計的基本原理金屬導體受外力作用時發(fā)生機械形變，導致其阻值大金屬導體受外力作用時發(fā)生機械形變，導致其阻值大小發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應變效應。小發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應變效應。金屬導體的電阻：金屬導體的電阻：當其受外力當其受外力F時：時： 一般材料變形時，晶格畸變引起電阻率變化，使一般材料變形時，晶格畸變引起電阻率變化，使(d/)/有一定

3、值稱為壓阻系數(shù)，表示材料電阻率隨應變有一定值稱為壓阻系數(shù)，表示材料電阻率隨應變的變化，的變化，金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，則其電阻的相對變化率金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，則其電阻的相對變化率與金屬絲縱向應變與金屬絲縱向應變成正比。成正比。slRdRdssRdllRdR02121KddRdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計B.金屬應變計的結構和分類金屬應變計的結構和分類絲式應變片絲式應變片(回線式和短接式兩種回線式和短接式兩種)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計B.金屬應變計的結構和分類金屬應變計的結構和分類箔式應變片箔式應變片薄膜應

4、變片薄膜應變片薄膜應變片是利用薄膜工藝將應變計材料直接沉積在彈性基底上薄膜應變片是利用薄膜工藝將應變計材料直接沉積在彈性基底上(0.0011.0um),利用光刻工藝形成應變計圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應變利用光刻工藝形成應變計圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應變計相比，薄膜應變計具有無滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適合于用計相比，薄膜應變計具有無滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適合于用來制作高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件來制作高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件C.金屬應變計的參數(shù)金屬應變計的參數(shù)應變片的電阻值應變片的電阻值R0靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K0第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計

5、電阻應變計C.金屬應變計的參數(shù)金屬應變計的參數(shù)機械滯后機械滯后蠕變和零漂蠕變和零漂在一定溫度下，粘好的應變計在一定溫度下，粘好的應變計在一定的機械應變在一定的機械應變(1000)長時間作用下，指示應變隨時長時間作用下，指示應變隨時間的變化稱為蠕變間的變化稱為蠕變(Dt),一般一般要求蠕變應小于要求蠕變應小于3 /h,也可也可用變化率用變化率(n= Dt /)來描述。來描述。 零點漂移是粘好的應變計在一定溫度和無機械應變時，指示應變隨零點漂移是粘好的應變計在一定溫度和無機械應變時，指示應變隨時間的變化。時間的變化。絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應大于絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應大于1

6、010D.溫度和蠕變補償應變計溫度和蠕變補償應變計溫度自補償應變計溫度自補償應變計蠕變自補償應變計蠕變自補償應變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計2.半導體應變計半導體應變計A.半導體材料的壓阻效應半導體材料的壓阻效應當半導體材料受到應力作用時，其晶格間距會發(fā)生變當半導體材料受到應力作用時，其晶格間距會發(fā)生變化，使得其電阻率發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為壓阻效應?；沟闷潆娮杪拾l(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為壓阻效應。 半導體材料的電阻在外力作用下的相對變化與金屬相同，半導體材料的電阻在外力作用下的相對變化與金屬相同，但半導體材料的電阻率的相對變化與應力但半導體材料的電阻率的相對

7、變化與應力s成正比，即：成正比，即：式中式中為材料的壓阻系數(shù)，那么：為材料的壓阻系數(shù)，那么：對于半導體材料，其壓阻系數(shù)對于半導體材料，其壓阻系數(shù)很大，很大，G主要由主要由E決定，即決定，即GE，一般在，一般在50100之間。之間。即：即：B.壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)EdGEdRdR2121dERdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C.半導體應變片半導體應變片體型半導體應變片體型半導體應變片一般擴散型半導體應變計一般擴散型半導體應變計SOI外延擴散型半導體應變計外延擴散型半導體應變計剪切型半導體應變計剪切型半導體應變計薄膜型半導體應變計薄膜型半導體應變計3.應變計的測量原理

8、和測量電路應變計的測量原理和測量電路A.直流電壓源單臂電橋直流電壓源單臂電橋 n=R1/R2B.半橋差動電橋和全橋差動電橋半橋差動電橋和全橋差動電橋當當R1=R2=R3=R4時：時：2220)1 (RRnnEU)(444332211RRRRRRRREe第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C. 應變片應用應變片應用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C. 應變片應用應變片應用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C. 應變片應用應變片應用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C. 應變片應用應變片

9、應用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計C. 應變片應用應變片應用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計D. 關于扭矩測量關于扭矩測量通過測量軸表面通過測量軸表面的扭應變測量扭矩的扭應變測量扭矩DdDWDWWMEEEEEEEE16)(;16;111144331331311第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計D. 關于扭矩測量關于扭矩測量

10、應變計的布置應變計的布置和組橋方案和組橋方案第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計D. 關于扭矩測量關于扭矩測量扭矩值的標定扭矩值的標定1)直接標定法2)并聯(lián)電阻標定法3)小軸模擬標定法4)應變梁模擬標定法第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計D. 關于扭矩測量關于扭矩測量信號的傳輸與集流裝置信號的傳輸與集流裝置第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計E. 測量電路測量電路調(diào)電橋平衡調(diào)電橋平衡第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計E. 測量電路測量電路信號的放大信號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電壓跟隨器：電壓跟隨器：差動比例運算電路差動比例運算電路:Af=-Rf/R1567RfR1R2ViVo567RfR1R2ViVo567ViVo567RfR1R1V2VoV1Rf 第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電阻應變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應變計電