传感器原理及应用习题9（参考）.doc

第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 组成原理 二、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 式中L——触点行程 x——触点位移 2．非线性特性——非线性电位器 　　　　 非线性函数 　　　　 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器 图4－1－2（c） 五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器 （一）电阻应变效应——应变使电阻变化 1．应变：图4-1-3 纵向线应变 横向线应为 泊松比 面应变 体应变 2．导体电阻及其变化 金属材料 半导体材料 ——压阻系数 E——弹性模量 3．应变效应表达式： （应变材料的灵敏系数）： 金属材料 约1.0~2 半导体材料 约50~100 （二）电阻应变片 1、组成结构——图4-1-4 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 ——试件表面纵向线应变 ——试件表面横向线应变 ——纵向灵敏系数，——横向灵敏系数 ——横向效应系数 应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数 5、温度误差的产生及危害 1）温度误差产生原因 ①应变电阻随温度变化 ②试件材料与应变法的线膨胀系数不一致 2）温度误差的危害――产生应变测量误差即“虚假视应变” 温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为 二、固态压阻式传感器 （一）半导体压阻效应——应力使半导体电阻率变化 （二）固态电阻式传感器 特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件， 优点：无须粘贴，便于传感器的集成化 缺点：易受温度影响。 4.1.3 热电阻和热敏电阻 一、热电阻——金属电阻 1．电阻——温度特性 （正温度特性） ①近似公式： 一般故——近似线性 ——电阻温度系数 ②百度电阻比： ——一般为100Ω、50Ω两种 ③分度表——温度t与电阻阻值Rt的对照数据表。 2．对热电阻材料的要求 ①温度特性的线性度好 ②温度系数大且稳定 ③电阻率大 ④物理化学性能稳定 3．常用热电阻 W（100） 测温范围 价格 温度系数 ①铂电阻 ≥1.391 -200°~650° 昂贵 高 低 ②铜电阻 ≥1.425 -50°~150° 低廉 差 高 二、热敏电阻——半导体电阻 类型图4-1-7 PTC Positive temperature coefficient CTC critical temperature coefficient NTC negative temperature coefficient NTC——常用于温度测量和温度补偿 PTC、CTC——常用作开关元件 2．结构及符号——图4-1-8 3．NTC热敏电阻 ①电阻——温度特性 因为 所以 结论：1°温度系数比热电阻大几十倍 2°非线性比热电阻严重 ②伏安特性——图4-1-10应根据允许功能确定电流 4.1.4 气敏电阻 一、工作原理 半导体陶瓷与气体接触时电阻发生变化；接触氧化性气体，电阻↑ 接触还原性气体，电阻↓ 浓度越大，电阻变化越大 用途：气体识别，浓度检测 二、材料与组成 1．材料——SnO2应用最广 2．组成 气敏电阻体 加热器 3．电路符号 图4－1－17 ①旁热式图4－1－17(a)(b) ②直热式图4－1－17(c) 4.1.5 湿敏电阻 一、氯化化锂湿敏电阻 是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。 氯化锂溶液的当量电导随着溶液浓度的增高而下降。环境的相对湿度高，氯化锂溶液将因吸收水份而浓度降低；反之，环境的相对湿度低，则氯化锂溶液的浓度就高。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化，从而实现了湿度的测量。 二、半导瓷湿敏电阻特性的结构 1．