第3章電阻式傳感器講解學(xué)習(xí)

傳感器與測試技術(shù)任課教師:解曉光大連電視大學(xué)理工系1第3章電阻式傳感器主要內(nèi)容：1、介紹應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理、金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、類型、主要特性、溫度補(bǔ)償、選擇與粘貼工藝、轉(zhuǎn)換電路及典型應(yīng)用。2、介紹壓阻式傳感器的工作原理、半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與主要特性、壓阻式傳感器的溫度補(bǔ)償、轉(zhuǎn)換電路及典型應(yīng)用。3、介紹熱阻式傳感器的工作原理、類型、轉(zhuǎn)換電路及典型應(yīng)用。4、介紹電位計式傳感器的工作原理、類型、轉(zhuǎn)換電路及典型應(yīng)用。2第3章電阻式傳感器3.1應(yīng)變式電阻傳感器：P53

3.1.1金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)：

電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一段長為l，截面為s，電阻率為ρ的金屬絲，則它的電阻為:3當(dāng)它受到軸向力F而被拉伸(或壓縮)時，其l、s、ρ均發(fā)生變化，如圖所示，如取金屬絲是半徑為r的圓形截面s=πr2，那么3.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.1金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)：

故電阻的相對變化為43.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.1金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)：

k0物理意義：單位應(yīng)變所引起的電阻相對變化。此式表明：因應(yīng)變導(dǎo)致金屬電阻值的變化，由兩項(xiàng)組成：第一項(xiàng)（1+2μ）表示由于幾何尺寸改變引起的電阻變化；另一項(xiàng)(dρ/ρ)/ε表示單位軸向應(yīng)變引起電阻率的變化。對于大多數(shù)金屬電阻絲材料說,

則有

此式表明：加載后金屬絲電阻相對變化量與軸向應(yīng)變成正比。

K0是一個常數(shù)，不同的金屬材料，k0不同。由于k0為常數(shù)，可將靈敏系數(shù)表達(dá)式改寫為：63.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型（P55）

應(yīng)變片阻值尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，常用的有60Ω、120Ω、200Ω、320Ω、350Ω、500Ω、1000Ω，其中120Ω最為常用?！飸?yīng)變片的結(jié)構(gòu)：應(yīng)變片主要是由金屬絲柵(敏感柵)、絕緣基片及覆蓋片三部分組成。7中央電大往屆試題

3.1.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型（P55）

1、填空題：（2分；04.1.P55）應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)：應(yīng)變片主要是由

、

及覆蓋片三部分組成。

2、填空題：（2分；2004.1.P53）電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的

。83.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型（P55）

★電阻應(yīng)變片的種類：根據(jù)制作方法，一般可將金屬應(yīng)變片分為二類：①電阻絲應(yīng)變片：電阻絲應(yīng)變片有圓角線柵式和直角線柵式兩種。前者制造方便，為最常見形式，但它的橫向效應(yīng)較大。②金屬箔式應(yīng)變片：敏感柵由高阻值的金屬鉑片經(jīng)光刻腐蝕技術(shù)制成。93.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型（P55）

★電阻應(yīng)變片的種類：10

3.1.2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型（P55）

3.1應(yīng)變式電阻傳感器：★電阻應(yīng)變片的種類：11★電阻應(yīng)變片的種類：中央電大往屆試題問答題：(6分；2008.1.；P56）金屬應(yīng)變片有哪些類型？根據(jù)制作方法，一般可將金屬應(yīng)變片分為二類：①電阻絲應(yīng)變片；②金屬箔式應(yīng)變片。123.1應(yīng)變式電阻傳感器：應(yīng)變式電阻傳感器是以電阻應(yīng)變片為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，公式：★利用應(yīng)變片測量力的基本原理：力的變化→機(jī)械形變→電阻變化△R→應(yīng)變值ε→根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：σ=Eεσ：應(yīng)力（單位面積受力）；E：彈性模量。應(yīng)變值ε→應(yīng)力值σ→力F標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品13第3章電阻式傳感器

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P56）

電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)為k=△R/(Rε)。電阻絲(半成品）靈敏系數(shù)為k0,k不等于k0且恒小于k0。應(yīng)變片靈敏系數(shù)k必須重新實(shí)驗(yàn)測定。因粘貼式應(yīng)變片一經(jīng)粘貼測試就無法取下重用，一批產(chǎn)品只能采取抽樣(如5%)測定，取平均k值及允許的公差值標(biāo)注在該批的每個應(yīng)變片包裝袋上，也稱“標(biāo)稱靈敏系數(shù)”。

應(yīng)變片靈敏系數(shù)測定是在某種特定實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的，如采用純彎梁(等應(yīng)力梁)或等強(qiáng)度懸臂梁。試件材料必須是泊松系數(shù)μ=0.285的鋼材，受單向應(yīng)力狀態(tài)且應(yīng)變力軸向與主應(yīng)力方向一致。由此可見，應(yīng)變片靈敏系數(shù)是在二維應(yīng)變場中進(jìn)行標(biāo)定的。實(shí)驗(yàn)證明，在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變片靈敏系數(shù)是常數(shù)。(1)靈敏系數(shù)：

143.1應(yīng)變式電阻傳感器：

沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變εx必然引起應(yīng)變片電阻的相對變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變εy也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P56）

(2)橫向效應(yīng)：

橫向效應(yīng)與應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)有關(guān)，敏感柵端部具有半圓形橫柵的絲繞應(yīng)變片橫向效應(yīng)較為嚴(yán)重。現(xiàn)在一般多采用箔式應(yīng)變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻的變化量也就小得多。15

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P56）

3.1應(yīng)變式電阻傳感器：(3)溫度效應(yīng)：

粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，除感受機(jī)械應(yīng)變而產(chǎn)生電阻相對變化外，在環(huán)境溫度變化時，也會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。16中央電大往屆試題1、問答題：（07.1;08.7.）P56什么是金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng)？（6分）答：沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變εx必然引起應(yīng)變片電阻的相對變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變εy也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。2、問答題：（04.1.；04.7.P57）為什么用應(yīng)變片測量時必須采用溫度補(bǔ)償措施？答：粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，除感受機(jī)械應(yīng)變而產(chǎn)生電阻相對變化外，在環(huán)境溫度變化時，也會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，因此需采用溫度補(bǔ)償措施。

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P57）17(3)溫度效應(yīng)：P57①單絲自補(bǔ)償法：由式(3-9)可知，為使因溫度變化而產(chǎn)生的虛假應(yīng)變εt=0，只要滿足條件:αt=-k(βg-

βs)（3-10）在研制和選用應(yīng)變片時，若選擇敏感柵的合金材料，使其αt,βs能與試件材料的相匹配，即滿足式(3-10)，就能達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。這種溫度自補(bǔ)償方法的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用方便。②雙絲自補(bǔ)償法：這種應(yīng)變片的敏感柵是由電阻溫度系數(shù)為一正一負(fù)的兩種合金絲串接而成。應(yīng)變片電阻由電阻Ra和Rb兩部分組成，即R=Ra+Rb。當(dāng)工作溫度變化時，若Ra柵產(chǎn)生正的虛假應(yīng)變（即附加應(yīng)變）εat與Rb柵產(chǎn)生負(fù)的虛假應(yīng)變εbt大小相等或相近，就可達(dá)到溫度誤差自補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

絲繞式短接式3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P58）

※為消除溫度誤差，采取如下溫度補(bǔ)償措施：③橋路補(bǔ)償法：利用電橋電路的和差原理來達(dá)到補(bǔ)償溫度誤差的目的。183.1應(yīng)變式電阻傳感器：中央電大往屆試題（04.1；04.7.）P58

為了消除應(yīng)變片的溫度誤差，可采用的溫度補(bǔ)償措施包括：

、

和

。A、雙絲自補(bǔ)償法B、溫度補(bǔ)償法C、單絲補(bǔ)償法D、電流補(bǔ)償法E、電壓補(bǔ)償法F、橋路補(bǔ)償法19中央電大往屆試題3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P56）1、選擇題：（2分；05.1.P56）金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比應(yīng)變電阻材料本身的靈敏系數(shù)

。A、小B、大C、相等2、問答題：（10分；04.7.；07.7.；P57）粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。答：①環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)存在，引起應(yīng)變片電阻的相對變化。②環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長（或壓縮），引起電阻的相對變化。203.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P58）

(5)零漂及蠕變：★粘貼在試件上的應(yīng)變片，在恒溫恒載條件下，指示應(yīng)變量隨時間單向變化的特性稱為蠕變。如圖中θ?！锂?dāng)試件初始空載時，應(yīng)變片示值仍會隨時間變化的現(xiàn)象稱為零漂。如圖中P0。21

(6)應(yīng)變極限：3.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P59）

應(yīng)變片的線性特性（靈敏系數(shù)為常數(shù)）是在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才保持。當(dāng)試件輸入的真實(shí)應(yīng)變超過某一極限時，應(yīng)變片的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性達(dá)到10%時的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限。真實(shí)應(yīng)變（με）指示應(yīng)變（με）10%真實(shí)應(yīng)變22(7)絕緣電阻：3.1應(yīng)變式電阻傳感器：

3.1.3應(yīng)變片的主要特性（P59）

應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測試件之間的電阻值，通常要求在50～100MΩ以上。

應(yīng)變片安裝之后，其絕緣電阻下降將使測量系統(tǒng)靈敏度降低，使應(yīng)變片的指示應(yīng)變產(chǎn)生誤差。Rm的大小取決于粘合劑及基底材料的種類及固化工藝，在常溫使用條件下要采取必要的防潮措施，而在中溫或高溫條件下，要注意選取電絕緣性能良好的粘結(jié)劑和基底材料。

中央電大往屆試題（05.1、07.7;08.7./09.1.）P59應(yīng)變片的絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的

之間的電阻。A、覆蓋片與被測試件B、引線與被測試件C、基片與被測試件

D、敏感柵與被測試件

※R的范圍是（50~100MΩ以上）08.7.選擇題試題。23

3.1.4轉(zhuǎn)換電路（P60）

3.1應(yīng)變式電阻傳感器：(1)直流電橋：應(yīng)變片將試件應(yīng)變ε轉(zhuǎn)換成電阻相對變化△R/R，由于機(jī)械應(yīng)變一般都很小，要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化測量出來，同時要把電阻相對變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。因此，需要有專用測量電路用于測量應(yīng)變變化而引起電阻變化的測量電路，通常采用直流電橋和交流電橋。電橋線路是由聯(lián)接成環(huán)形的四個電阻所組成。ac接電源，bd為電橋輸出可接后續(xù)放大器等。兩對角線將相對的兩個定點(diǎn)連通起來，就好像在它們之間架起了一座“橋”，故而得名。24(1)直流電橋：P61假設(shè)輸入端U是一個恒壓源，由于輸出端接高阻抗的指示表或放大器，近似看成開路：直流電橋特性公式：ACBD+-直流電橋直流電橋平衡條件：R1R3=R2R4輸出電壓為零稱為電橋處于平衡狀態(tài)25若R1R3=R2R4，則輸出電壓為零，稱為電橋處于平衡狀態(tài)，此等式稱為直流電橋平衡條件。下面分別討論橋臂電阻的變化與輸出電壓的關(guān)系：①一個橋臂電阻有變化（單臂電橋）：例如橋臂R1電阻有△R1的變化（只有一臂工作），成為R1+△R1則電橋的輸出電壓為:若取R1=R2=R3=R4=R0若電橋用于微電阻變化測量，有：ACBD+-單臂電橋直流電橋特性公式：(1)直流電橋：P6126

如橋臂電阻R1和鄰邊橋臂電阻R2的阻值都有電阻變化，即R1變?yōu)镽1+△R1，R2變?yōu)镽2-△R2，當(dāng)若取R1=R2=R3=R4=R0，且△R1=△R2=△R時，這稱為半橋雙臂工作電橋。

②兩個橋臂電阻有變化(雙臂電橋)：半橋差動：在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂。（相鄰臂一拉一壓、相對臂同拉同壓）該電橋輸出電壓為ACBD+-雙臂電橋由直流電橋特性公式：(1)直流電橋：P6227③四個橋臂電阻均有變化(全橋):全橋差動：電橋四臂接入四片應(yīng)變片，即兩個（相對臂）受拉應(yīng)變，兩個（相對臂）受壓應(yīng)變，將兩個應(yīng)變符號相同的接入相對橋臂上。若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4=R0，則其輸出電壓為：ACBD+-全橋直流電橋特性公式：結(jié)論：全橋電路電壓靈敏度為單片工作時的4倍。

(1)直流電橋：P6228電橋輸出電壓小結(jié)：①單臂電橋：②雙臂電橋：③全橋:(1)直流電橋：P6229(1)直流電橋：P62中央電大往屆試題

兩金屬應(yīng)變片R1和R2阻值均為120Ω，靈敏系數(shù)k=2；兩應(yīng)變片一受拉，另一受壓，應(yīng)變均為1000με.兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓U=5V。求（1）ΔR和ΔR/R；（2）電橋的輸出電壓U0。(14分；2006.7.P80)答：

ε=1000με=0.001ACBD+-雙臂電橋30(2)交流電橋：3.1.4轉(zhuǎn)換電路（P63）

：oU&~

交流電橋電路的電路結(jié)構(gòu)形式與直流電橋相同。但在電路具體實(shí)現(xiàn)上與直流電橋有兩個不同點(diǎn)，一是其激勵電源是高頻交流電壓源或電流源(電源頻率一般是被測信號頻率的十倍以上)；二是交流電橋的橋臂可以是純電阻，但也可以是包含有電容、電感的交流阻抗。交流電橋的平衡條件是：其物理含義是交流電橋要達(dá)到平衡需使該電橋的四個橋臂中對邊阻抗的模乘積相等，對邊阻抗角之和相等。所以交流電橋的平衡較之直流電橋要復(fù)雜一些。

Zi—各橋臂的復(fù)數(shù)阻抗；zi--復(fù)數(shù)阻抗的模；φi–復(fù)數(shù)阻抗的阻抗角。交流電橋平衡條件還可表為：

若要此方程成立，須同時滿足下面兩個條件：31中央電大往屆試題（04.7、08.1）P61~633.1.4轉(zhuǎn)換電路（P63）

：※畫出直流電橋和交流電橋原理圖，并分別寫出電橋平衡條件。（12分）（04.7）※電橋是傳感器的常用變換電路，請畫出直流電橋和交流電橋原理圖，并說明兩者的平衡條件各是什么？（16分）（08.1）直流電橋平衡條件：R1R3=R2R4oU&~交流電橋的平衡條件：323.1.5應(yīng)變片選擇與粘貼工藝（P64）

：(1)應(yīng)變片的選擇：①類型的選擇（絲繞式、箔式…）

②材料的選用（基底材料：酚醛類、聚酯類…）

③阻值的選擇（標(biāo)稱阻值：120Ω、350Ω等）

④尺寸的選擇（應(yīng)變片柵長（mm)：3mm、12mm..應(yīng)變片型號代號7部分的含義：33中央電大往屆試題（05.1.；07.7.）P653.1.5應(yīng)變片選擇與粘貼工藝（P65）

：選擇題（每空2分）應(yīng)變片的選擇包括類型的選擇、材料的選用、

和

等。A、測量范圍的選擇B、電源的選擇C、阻值的選擇D、尺寸的選擇E、精度的選擇F、結(jié)構(gòu)的選擇343.1.5應(yīng)變片選擇與粘貼工藝（P65）

：①準(zhǔn)備工作:

a.試件的準(zhǔn)備：在粘貼部位的表面，用砂布在與軸向成45°的方向交叉打磨至粗糙度Ra為63μm→清洗凈打磨面→劃線即確定粘貼坐標(biāo)線→均勻涂一薄層粘接劑作底。

b.應(yīng)變片的準(zhǔn)備：外表和阻值檢查→劃線軸向標(biāo)記→清洗。

②涂膠:在準(zhǔn)備好的試件表面和應(yīng)變片的基底上均勻涂一薄層粘接劑。

③貼片：將涂好膠的應(yīng)變片與試件，按坐標(biāo)線對準(zhǔn)貼上→用手指順軸向滾壓，去除氣泡和多余膠液→按固化條件固化處理。

④復(fù)查：

A.貼片偏差應(yīng)在許可范圍內(nèi)；

B.阻值變化應(yīng)在測量儀器預(yù)調(diào)平范圍內(nèi)；

C.引線和試件間的絕緣電阻應(yīng)大于50MΩ。

⑤接線：根據(jù)工藝條件選擇好導(dǎo)線，然后通過中介接線片(柱)把應(yīng)變片引線和導(dǎo)線焊接在一起，并加以固定。

⑥防護(hù)：在安裝好的應(yīng)變片和引線上涂以中性凡士林油、石蠟(短期防潮)，或石蠟—松香—黃油的混合劑(長期防潮)，或環(huán)氧樹脂、氯丁橡膠、清漆等(防機(jī)械劃傷)作防護(hù)用，以保證應(yīng)變片工作性能穩(wěn)定可靠。(2)應(yīng)變片的粘貼35電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

1.目測電阻應(yīng)變片有無折痕.斷絲等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值相差不得大于0.5歐姆.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.應(yīng)變片粘貼:在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。3.1.5應(yīng)變片選擇與粘貼工藝（參考）

：363.2電阻式傳感器5.焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)大于500M歐。7.應(yīng)變片保護(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。37中央電大往屆試題（04.7）P653.1.5應(yīng)變片選擇與粘貼工藝（P65）

：選擇題（每空2分）粘貼應(yīng)變片做好準(zhǔn)備工作后要進(jìn)行的工作是：

。A、涂膠→貼片→復(fù)查→接線→防護(hù)∨

B、涂膠→接線→復(fù)查→貼片→防護(hù)

C、涂膠→防護(hù)→貼片→復(fù)查→接線D、涂膠→接線→貼片→復(fù)查→防護(hù)

38

應(yīng)變式傳感器包括兩個主要部分：一個是彈性敏感元件亦稱彈性體，利用它把被測的物理量(如力、扭矩、壓力、加速度等)轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是應(yīng)變片，它作為傳感元件，將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。按照用途不同，應(yīng)變式傳感器可以分為應(yīng)變式測力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器等。3.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

(1)應(yīng)變式測力傳感器

★被測物理量為荷重或力的應(yīng)變式傳感器，統(tǒng)稱為應(yīng)變式力傳感器。其主要用途是作為各種電子稱與材料試驗(yàn)機(jī)的測力元件、發(fā)動機(jī)的推力測試等。測力傳感器的彈性元件就是力敏元件，它將被測力的大小的變化轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量的變化。彈性元件的形式有柱式、環(huán)式、懸臂梁式等。柱式、筒式力傳感器，應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片，可承受很大載荷，最大可達(dá)107N，★環(huán)式彈性體一般用于測量500N以上的荷載與柱式相比，特點(diǎn)是應(yīng)力分布均勻，便于接成差動電橋?！飸冶哿菏綇椥栽Y(jié)構(gòu)簡單、加工容易、應(yīng)變片粘貼容易、靈敏度較高。它適用于小載荷的測量，約1—103N。392008-4-222008-4-22應(yīng)變式力傳感器：

3.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

40(2)應(yīng)變式加速度傳感器

3.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

應(yīng)變片式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中2是懸臂梁，自由端安裝質(zhì)量塊1，另一端固定在基座4上。懸臂梁上粘貼四個電阻應(yīng)變片3。測量時，將傳感器基座與被測對象剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度a運(yùn)動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，即可得出加速度a值的大小。413.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

(3)應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力a圖為筒式壓力傳感器，圓柱體內(nèi)有一盲孔，被測壓力進(jìn)入應(yīng)變筒腔內(nèi)，使筒發(fā)生變形，它將流體壓力的變化轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量的變化，因而得到壓力P。b圖盲孔外端實(shí)心部分貼一片應(yīng)變片R2，當(dāng)筒內(nèi)有壓力時，實(shí)心部分不變形，只用作溫度補(bǔ)償。c圖沒有端部，R1和R2垂直粘貼，R1沿圓周，R2沿筒長，沿筒長方向R2做溫度補(bǔ)償用。42案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。3.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

43案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測3.1.6電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（P66）

443.2壓阻式傳感器P67

沿一塊半導(dǎo)體某一軸向施加一定應(yīng)力時，除了產(chǎn)生一定應(yīng)變外，材料的電阻率也要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。3.2.1壓阻效應(yīng):壓阻式傳感器的電阻相對變化率：其中半導(dǎo)體電阻率的相對變化起主要作用，則有：π1為壓阻系數(shù)；σ為應(yīng)力；ε為應(yīng)變；E為彈性模量。半導(dǎo)體電阻的相對變化近似等于電阻率的相對變化與應(yīng)變成正比。兩邊同除ε有：0ε金屬絲和箔式電阻應(yīng)變片在應(yīng)變式傳感器中得到廣泛應(yīng)用，主要缺點(diǎn)是靈敏度系數(shù)小。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)半導(dǎo)體應(yīng)變片制成的傳感器（稱為固態(tài)壓阻式傳感器），固態(tài)壓阻式傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高(比金屬絲高50～80倍)，尺寸小，橫向效應(yīng)也小，滯后和蠕變都小，適用于動態(tài)測量。45中央電大往屆試題（05.7；06.7、07.1/09.1.）P65選擇題（每空2分）固態(tài)壓阻式傳感器靈敏度高，尺寸小，橫向效應(yīng)也小，滯后和蠕變都小，因此適用于

測量。A、靜態(tài)B、動態(tài)C、精確D、隨機(jī)3.2壓阻式傳感器P67463.2壓阻式傳感器P693.2.2結(jié)構(gòu)與特性a-單晶錠；b-按一定晶軸方向切成薄片；c-進(jìn)行研磨加工；d-切成細(xì)條經(jīng)過光刻腐蝕工序；e-安裝內(nèi)引線；f-粘貼在基底上并安裝外引線。敏感柵形狀有條形e圖；U型左圖；W型左圖。敏感柵長度一般為1~9mm.473.2壓阻式傳感器P703.2.3固態(tài)壓阻傳感器的測量電路

壓阻式應(yīng)變片（切片）的靈敏系數(shù)雖然比金屬高得多，但還覺得不夠高。為了進(jìn)一步增大靈敏度，首先選定基底（即硅膜片），利用半導(dǎo)體擴(kuò)散技術(shù)，將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅膜片上，制成P型擴(kuò)散電阻（壓敏電阻），裝上引線后，即形成擴(kuò)散性半導(dǎo)體應(yīng)變片。使用時，外界的壓力作用先引起硅膜形變，形變使壓敏電阻承受應(yīng)力，該應(yīng)力比壓力直接作用在壓敏電阻上產(chǎn)生的應(yīng)力要大得多，好像硅膜起了放大作用。

若在圓形硅膜上擴(kuò)散出4個P型電阻構(gòu)成電橋的4個橋臂，這樣的敏感器件稱為固態(tài)壓阻器件。R3R1R2R4R3R1R2R4固體受力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體材料(單晶硅)的壓阻效應(yīng)原理制成的傳感器，就是利用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散壓敏電阻，當(dāng)硅膜片受壓時，膜片的變形將使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。硅平膜片上的擴(kuò)散電阻通常構(gòu)成橋式測量電路，相對的橋臂電阻是對稱布置的，電阻變化時，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對應(yīng)關(guān)系。常采用的測量電路有：恒壓源供電、恒流源供電和放大電路。

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(1)壓阻式壓力傳感器

固態(tài)壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。傳感器硅膜片兩邊有兩個壓力腔。一個是和被測壓力相連接的高壓腔，另一個是低壓腔，通常和大氣相通。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時，膜片上各點(diǎn)存在應(yīng)力。膜片上的四個電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，其輸出的電壓與膜片兩邊壓力差成正比。這樣測得不平衡電橋的輸出電壓就能求得膜片所受的壓力差。3.2.4壓阻式傳感器應(yīng)用P7449(2)壓阻式加速度傳感器：

3.2.4壓阻式傳感器應(yīng)用P74

壓阻式加速度傳感器是利用單晶硅作懸臂梁，在其根部擴(kuò)散出4個電阻（上下面各兩個等值電阻），當(dāng)懸臂梁自由端的質(zhì)量塊受到外界加速度作用時，就將感受到的加速度轉(zhuǎn)變?yōu)閼T性力，產(chǎn)生應(yīng)力，使4個電阻值發(fā)生變化。使電橋產(chǎn)生不平衡，從而輸出與外界的加速度成正比的電壓值。KuliteGAE813固態(tài)壓阻式加速度計的有關(guān)參數(shù)：量程10～100g；靈敏度：1～5V/g；非線性誤差：土1％；溫度范圍：-40一+200；固有頻率：1000～2000Hz。1-基座；2-擴(kuò)散電阻；3-單晶硅懸臂梁；4-質(zhì)量塊。503.3熱電阻式傳感器P75

利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度效應(yīng)制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。3.3.1工作原理：實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)體材料的電阻率ρ隨溫度變化的關(guān)系為：ρt=ρ0(1+αt)當(dāng)溫度改變時，l、s可近似看作不變，導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系為：Rt=R0(1+αt)①多數(shù)材料的電阻率隨溫度升高而增大；②康銅、錳銅等合金，電