Xie_第三章(2)_电阻式传感器.ppt

由交流电路分析可得 要满足电桥平衡条件, 即Uo=0, 则有 · Z1 Z4 = Z2 Z3 其实部、 虚部分别相等, 并整理可得: 平衡条件 电阻平衡条件 电容平衡条件 交流电桥的平衡条件：即要满足电阻平衡条件，还要满足电容平衡条件。 几何尺寸：敏感栅基长、基宽、应变片的基底长和基底宽； 初始电阻：未粘贴前，在室温下测得的电阻 (常用120Ω)； 绝缘电阻：敏感栅与基底间的电阻值； 允许工作电流：最大的工作电流。 应变片的主要参数 压阻式传感器：利用硅的压阻效应和微电子技术制成。 特点：灵敏度高、动态响应好、精度高、易于微型化和集成化。 半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器 力敏电阻与硅膜片一体化扩散型压阻传感器 4.压阻式传感器 压阻效应：固体受到作用力后，电阻率发生变化的现象。 所有材料在某种程度都呈现压阻效应，在半导体材料中，这种效应特别显著。 金属应变片发生应变后，使导体的几何尺寸发生改变?阻值变化 半导体材料的电阻大小取决于有限数目的载流子?空穴和电子的迁移。 加在一定晶向上的外界应力，引起半导体能带的变化，使载流子的迁移率产生较大的变化，导致半导体电阻率产生相应的变化。 温度性能 压阻器件的阻值和灵敏度系数受温度影响较大，会产生零位温度漂移和灵敏度温度漂移。 对于零位温度漂移一般采用桥臂上串、并联电阻的方法进行补偿。 线性度 对于扩散型压阻器件，由于表面参杂浓度很高，非线性项很小，因此压阻电桥输出的线性度比较好（在有效测量范围内）。 压阻器件的特性 5.电阻式传感器应用 例1：应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 原理：将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。 一个函数在某一点的导数描述了这个函数在这一点附近的变化率。导数的本质是通过极限的概念对函数进行局部的线性逼近。 泊松比是材料力学和弹性力学中的名词，定义为材料受拉伸或压缩力时，材料会发生变形，而其横向变形量与纵向变形量的比值，是一无量纲的物理量。 * 阻抗 交流电流过具有电阻、电感、电容的电路时，它们有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫作阻抗，以字母Z表示，单位为欧姆Ω 。 * 第三章 传感器基本原理（1）?电阻式传感器 内容提要： 电阻式传感器概述 电位器式传感器 应变式传感器 压阻式传感器 1.电阻式传感器概述 基本原理：将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。 按工作的原理分类：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式等。 用途：测量位移、力、压力、应变、扭矩和加速度等非电量。 电位器式传感器 应变式传感器 压阻式传感器 部分实物 2.电位器式传感器 基本原理：电位器是一个机电传感元件，作为传感器可将机械位移或其它能转换为位移的非电量转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起输出电压的变化。 种类 基本原理 特点 缺点 线绕电位器 由电阻系数很高的极细导线按一定规律绕在绝缘骨架上，用电刷调节阻值大小 结构简单，尺寸小，输出特性精度高且稳定，输出信号大，受环境影响小 由于电阻元件与电刷间的摩擦，可靠性和寿命易受影响，分辨力也较低 合成膜电位器 由电阻液（石墨、碳黑、树脂等材料配置而成）喷涂在绝缘骨架表面上形成电阻膜 分辨力高、阻值范围宽、耐磨性好、工艺简单、成本低，线性度在1%左右 接触电阻大、抗潮性差、噪声较大 金属膜电位器 在玻璃或陶瓷基体上用真空蒸发或电镀的方法涂覆一层金属复合膜而制成 电阻系数小，分辨力高，可工作在高温环境 耐磨性差、功率小、阻值较低（1KΩ~2KΩ） 导电塑料电位器 由塑料粉及导电材料（如金属合金、碳黑、石墨）的粉料经塑压而成 耐磨性极高，电刷接触压力要求较大，抗冲击振动性能好，分辨力高，线性度一般2%，阻值范围大，功率大 阻值易受温、湿度影响、接触电阻大、精度不高 导电玻璃釉电位器 以合金（如钯银）、合金氧化物（如二硅化钼）、难溶化合物（如碳化钨）等为电阻材料，以玻璃釉粉为粘合剂烧结在陶瓷或玻璃基体上制成 分辨力很高、耐磨、耐高温、抗湿、阻值范围广、电阻温度系数小（约±2.5×10-4/℃） 精度不高、接触电阻大 电位器式传感器的种类 线绕电位器结构图 1 2 3 1 3 2 直线型 旋转型 线绕电位器式传感器的结构 线绕电位器实物图 Ui Rx 0 R x 等效电路 V0 r R Vi x 图中：Vi—电位器输入电压； V0—电位器输出电压； R—电位器总电阻； L—电位器总行程； x—电刷行程； r—电刷行程x处对应电阻； b—骨架宽度； h—骨架高度； t—线绕节距；