電阻應變片的工作原理

電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示 RL/S 式中金屬導體的電阻率cm2/m S導體的截面積cm2 L導體的長度m 我們以金屬絲應變電阻為例當金屬絲受外力作用時其長度和截面積都會發(fā)生變化從上式中可很容易看出其電阻值即會發(fā)生改變假如金屬絲受外力作用而伸長時其長度增加而截面積減少電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時長度減小而截面增加電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化通常是測量電阻兩端的電壓即可獲得應變金屬絲的應變情 2、陶瓷壓力傳感器原理及應用 抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面使膜片產(chǎn)生微小的形變厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面連接成一個惠斯通電橋閉橋由于壓敏電阻的壓阻效應使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性傳感器自帶溫度補償070并可以和絕大多數(shù)介質直接接觸。 陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40135而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度 1、應變片壓力傳感器原理與應用 力學傳感器的種類繁多如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 在了解壓阻式力傳感器時我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上當基體受力發(fā)生應力變化時電阻應變片也一起產(chǎn)生形變使應變片的阻值發(fā)生改變從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小一般這種應變片都組成應變電橋并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大再傳輸給處理電路通常是A/D轉換和CPU顯示或執(zhí)行機構。 金屬電阻應變片的內(nèi)部結構 如圖1所示是電阻應變片的結構示意圖它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途電阻應變片的阻值可以由設計者設計但電阻的取值范圍應注意阻值太小所需的驅動電流太大同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高不同的環(huán)境中使用使應變片的阻值變化太大輸出零點漂移明顯調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大阻抗太高抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。 電阻應變片力傳感器 力學傳感器是將各種力學量轉換為電信號的器件力學量可分為幾何學量、運動學量及力學量三部分其中幾何學量指的是位移、形變、尺寸等運動學量是指幾何學量的時間函數(shù)如速度、加速度等。力學量包括質量、力、力矩、壓力、應力等。根據(jù)被測力學的不同這里我們首先要介紹的是應用最為廣泛的應變式壓力傳感器在以后的網(wǎng)頁中我們將逐步介紹其它類型的力學傳感器。 力學傳感器的種類繁多如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。 在了解壓阻式力傳感器時我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上當基體受力發(fā)生應力變化時電阻應變片也一起產(chǎn)生形變使應變片的阻值發(fā)生改變從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小一般這種應變片都組成應變電橋并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大再傳輸給處理電路通常是A/D轉換和CPU顯示或執(zhí)行機構。 金屬電阻應變片的內(nèi)部結構 如圖1所示是電阻應變片的結構示意圖它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途電阻應變片的阻值可以由設計者設計但電阻的取值范圍應注意阻值太小所需的驅動電流太大同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高不同的環(huán)境中使用使應變片的阻值變化太大輸出零點漂移明顯調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大阻抗太高抗外界的電磁干擾能力較差。 一般均為幾十歐至幾十千歐左右。電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示 式中金屬導體的電阻率cm2/m S導體的截面積cm2 L導體的長度m 我們以金屬絲應變電阻為例當金屬絲受外力作用時其長度和截面積都會發(fā)生變化從上式中可很容易看出其電阻值即會發(fā)生改變假如金屬絲受外力作用而伸長時其長度增加而截面積減少電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時長度減小而截面增加電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化通常是測量電阻兩端的電壓即可獲得應變金屬絲的應變情況。 壓阻式傳感器 某些固體材料受到外力的作用后除了產(chǎn)生變形其電阻率也要發(fā)生變化這種由于應力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”。利用壓阻效應制成的傳感器稱為壓阻式傳感器。 壓阻式傳感器有兩重類型一種是利用半導體材料的體電阻做成粘貼式應變片稱為半導體應變片用此應變片制成的傳感器稱為半導體應變式傳感器另一種是在半導體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴散電阻以此擴散電阻的傳感器稱為擴散型壓阻傳感器。 半導體應變式傳感器 半導體應變式傳感器的結構形式基本上與電阻應變片傳感器相同也是由彈性敏感元件等三部分組成所不同的是應變片的敏感柵是用半導體材料制成。圖1所示為半導體應變片典型結構。半導體敏感條1粘貼在由膠膜制成的基底2上并有引線5將其與聯(lián)接片4相接變于焊接外部引線3。 半導體應變片與金屬應變片相比最突出的優(yōu)點是它的體積小而靈敏高。它的靈敏系數(shù)比后者要大幾十倍甚至上百倍輸出信號有時不必放大即可直接進行測量記錄。此外半導體應變片橫向效應非常小蠕變和滯后也小頻率響應范圍亦很寬從靜態(tài)應變至高頻動態(tài)應變都能測量。由于半導體集成化制造工藝的發(fā)展用此技術與半導體應變片相結合可以直接制成各種小型和超小型半導體應變式傳感器使測量系統(tǒng)大為簡化。 但是半導體應變片也存在著很大的缺點它的電阻溫度系統(tǒng)要比金屬電阻變化大一個數(shù)量級靈敏系數(shù)隨溫度變化較大它的應變電阻特性曲線性較大它的電阻值和靈敏系數(shù)分散性較大不利于選配組合電橋等等。 擴散型壓阻式傳感器 擴散型壓阻傳感器的基片是半導體單晶硅。單晶硅是各向異性材料取向不同時特性不一樣。因此必須根據(jù)傳感器受力變形情況來加工制作擴散硅敏感電阻膜片。 利用半導體壓阻效應可設計成多種類型傳感器其中壓力傳感器和加速度傳感器為壓阻式傳感器的基本型式。 圖2為壓阻式壓力傳感器結構示意圖。 硅壓阻式壓力傳感器由外殼、硅膜片硅杯和引線等組成。硅膜片是核心部分其外形狀象杯故名硅杯