電阻傳感器(應(yīng)變片修改)[稻谷書苑]

1、第六節(jié)第六節(jié) 力、轉(zhuǎn)矩和壓力傳感器力、轉(zhuǎn)矩和壓力傳感器 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力外界力的作用下，的作用下， 會會產(chǎn)生機(jī)械變形產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生，其電阻值也將隨著發(fā)生 變化，這種現(xiàn)象稱為變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)。 電阻應(yīng)變傳感器主要由電阻應(yīng)變傳感器主要由電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片及及 測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路等組成等組成。 一、電阻應(yīng)變式測力傳感器 1教育教學(xué) 我們先來做一個實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們用力我們先來做一個實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們用力 拉電阻絲時，電阻絲的長度略有增加，拉電阻絲時，電阻絲的長度略有增加， 直徑略有減小，從而導(dǎo)致電阻值直徑略有減小，從而導(dǎo)致電阻值R變大。變大

2、。 在我們這個實(shí)驗(yàn)中，電阻絲的阻值從初在我們這個實(shí)驗(yàn)中，電阻絲的阻值從初 始狀態(tài)的始狀態(tài)的10.00增大到增大到10.05，如圖，如圖2- 4所示。所示。 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機(jī)械導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機(jī)械 變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng) 變效應(yīng)。變效應(yīng)。 在工業(yè)中，將試材受力后所產(chǎn)生的長度相對變化量在工業(yè)中，將試材受力后所產(chǎn)生的長度相對變化量 xl/l，稱為縱向應(yīng)變。，稱為縱向應(yīng)變。 2教育教學(xué) （一）、（一）、應(yīng)變原理演示應(yīng)變原理演示 2 ll R Ar 金屬絲受拉時，金屬絲受拉時，l變長、

3、變長、r變小，導(dǎo)致變小，導(dǎo)致R變大變大 。 3教育教學(xué) 2-1 x R K R （二）、應(yīng)變片的工作原理（二）、應(yīng)變片的工作原理 設(shè)有一長度為、截面積為設(shè)有一長度為、截面積為A、半徑為、半徑為r、電阻率為、電阻率為 的金屬單絲，它的電阻值的金屬單絲，它的電阻值R可表示為可表示為 2 ll R Ar K電阻應(yīng)變片的靈敏度電阻應(yīng)變片的靈敏度 當(dāng)沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時當(dāng)沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時 ，上式中，上式中r、l都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值都將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻值R發(fā)生變發(fā)生變 化?；?當(dāng)當(dāng)金屬絲受拉金屬絲受拉時，時，l將變長將變長、r變小變小，均導(dǎo)致

4、，均導(dǎo)致R變大變大； 某些某些半導(dǎo)體受拉半導(dǎo)體受拉時，時， 將變大將變大，導(dǎo)致，導(dǎo)致R變大變大。 電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對變化量電阻絲及應(yīng)變片的電阻相對變化量 R R與材料力學(xué)與材料力學(xué) 中的軸向應(yīng)變中的軸向應(yīng)變 x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即 4教育教學(xué) 微應(yīng)變微應(yīng)變() 對于不同的金屬材料，對于不同的金屬材料，K K 略微不同，一般為略微不同，一般為2 2左左 右。而對半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時，右。而對半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時， 電阻率電阻率 會產(chǎn)生很大的變化會產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料，所以靈敏度比金屬材料 大大幾十倍幾十倍。

5、 在材料力學(xué)中，在材料力學(xué)中， x = l/l稱為電阻絲的稱為電阻絲的軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變， 也稱縱向應(yīng)變。也稱縱向應(yīng)變。 x通常很小。例如，當(dāng)通常很小。例如，當(dāng) x為為0.000001 （ 10-6 ）時，在工程中常表示為）時，在工程中常表示為1 m/m或或1微應(yīng)變微應(yīng)變 (1)。 對金屬材料而言，當(dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向?qū)饘俨牧隙裕?dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向 應(yīng)變最好應(yīng)變最好不要大于不要大于1 10-3，即，即1000 m/m，否則有可，否則有可 能超過材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致能超過材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致非線性非線性或或斷裂斷裂。 5教育教學(xué) 應(yīng)變片用于測量力應(yīng)變片用于測量力F的計(jì)算公式的計(jì)算公式

6、 由材料力學(xué)可知，由材料力學(xué)可知， x=F /(AE)，所以，所以 R /R 又可表示為又可表示為 2-2 RF K RAE 如果應(yīng)變片的靈敏度如果應(yīng)變片的靈敏度K 和試件的橫截面和試件的橫截面 積積A以及彈性模量以及彈性模量均為已知，則只要設(shè)法均為已知，則只要設(shè)法 測出測出 R /R的數(shù)值，即可獲知試件受力的數(shù)值，即可獲知試件受力的的 大小，可用于大小，可用于電子秤電子秤的的稱重稱重和和測量拉力測量拉力等等。 6教育教學(xué) 應(yīng)變片的應(yīng)用應(yīng)變片的應(yīng)用 將應(yīng)變片粘貼在斜拉繩表面，將應(yīng)變片粘貼在斜拉繩表面， 可測量斜拉繩所受的拉力可測量斜拉繩所受的拉力 應(yīng)變片可用于應(yīng)變片可用于 電子秤電子秤 7教育

7、教學(xué) （三）、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)（三）、應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu) 應(yīng)變片可分為應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片及及半導(dǎo)體應(yīng)變半導(dǎo)體應(yīng)變 片片兩大類。兩大類。 金屬絲式應(yīng)變片，金屬絲金屬絲式應(yīng)變片，金屬絲易脫膠易脫膠，逐漸，逐漸 被箔式所取代。但金屬絲式應(yīng)變片被箔式所取代。但金屬絲式應(yīng)變片價格便宜價格便宜， 多用于多用于大批量大批量、一次性試驗(yàn)一次性試驗(yàn)。 箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、 腐蝕等工藝制成的。箔式應(yīng)變片與片基的腐蝕等工藝制成的。箔式應(yīng)變片與片基的接接 觸面積大觸面積大得多，得多，散熱條件較好散熱條件較好，在長時間測，在長時間測 量時的量時的蠕變較

8、小蠕變較小，一致性較好一致性較好，目前廣泛用，目前廣泛用 于各種應(yīng)變式傳感器中。于各種應(yīng)變式傳感器中。 8教育教學(xué) 金屬絲式應(yīng)變片的金屬絲式應(yīng)變片的 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 9教育教學(xué) 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高；半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高； 缺點(diǎn)是：靈敏度的一致性差、溫漂大、電阻缺點(diǎn)是：靈敏度的一致性差、溫漂大、電阻 與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。 在使用時，需采用半橋、全橋溫度補(bǔ)償在使用時，需采用半橋、全橋溫度補(bǔ)償 及非線性補(bǔ)償措施。及非線性補(bǔ)償措施。 10教育教學(xué) 箔式應(yīng)變片的外形箔式應(yīng)變片的外形 11教育教學(xué) 應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉

9、例 上表中，哪幾個型號是上表中，哪幾個型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片？ 依據(jù)是什么？依據(jù)是什么？ 12教育教學(xué) 應(yīng)變片的粘貼：應(yīng)變片的粘貼： 1. 去污：采用去污：采用 手持砂輪工具除去手持砂輪工具除去 構(gòu)件表面的油污、構(gòu)件表面的油污、 漆、銹斑等，并用漆、銹斑等，并用 細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紗布交叉打磨出 細(xì)紋以增加粘貼細(xì)紋以增加粘貼 力力 ，用浸有酒精，用浸有酒精 或丙酮的紗布片或或丙酮的紗布片或 脫脂棉球擦洗。脫脂棉球擦洗。 13教育教學(xué) 2.2.貼片：在應(yīng)變貼片：在應(yīng)變 片的表面和處理過的片的表面和處理過的 粘貼表面上，各涂一粘貼表面上，各涂一 層均勻的粘貼膠層均勻的粘貼膠 ， 用鑷子將應(yīng)

10、變片放上用鑷子將應(yīng)變片放上 去，并調(diào)好位置，然去，并調(diào)好位置，然 后蓋上塑料薄膜，用后蓋上塑料薄膜，用 手指揉和滾壓，排出手指揉和滾壓，排出 下面的氣泡下面的氣泡 。 14教育教學(xué) 3.測量測量 ：從：從 分開的端子處，分開的端子處， 預(yù)先用萬用表測預(yù)先用萬用表測 量應(yīng)變片的電阻，量應(yīng)變片的電阻， 發(fā)現(xiàn)端子折斷和發(fā)現(xiàn)端子折斷和 壞的應(yīng)變片。壞的應(yīng)變片。 15教育教學(xué) 4.焊接：焊接： 將引線和端將引線和端 子用烙鐵焊接起子用烙鐵焊接起 來，注意不要把來，注意不要把 端子扯斷。端子扯斷。 16教育教學(xué) 5.固定：固定： 焊接后用膠焊接后用膠 布將引線和布將引線和 被測對象固被測對象固 定在一起，

11、定在一起， 防止損壞引防止損壞引 線和應(yīng)變片。線和應(yīng)變片。 17教育教學(xué) （四）、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用（四）、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用 電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類： 第一類：第一類：是將應(yīng)變片粘貼于是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，某些彈性體上，并將并將 其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物 理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中， 敏感元件敏感元件一般為一般為各種彈性體各種彈性體。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件就是就是應(yīng)應(yīng) 變片變片，測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路一般為一般為橋路橋路； 第二類：第二類：是將應(yīng)變片貼是

12、將應(yīng)變片貼于被測試件上于被測試件上，然后將其，然后將其 接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試 件的應(yīng)變量。件的應(yīng)變量。 18教育教學(xué) 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器 S型力傳感器型力傳感器 F F F F 19教育教學(xué) 各種懸臂梁各種懸臂梁 20教育教學(xué) 各種懸臂梁各種懸臂梁 FF 固定點(diǎn)固定點(diǎn) 固定點(diǎn)固定點(diǎn) 電纜21教育教學(xué) 應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及受力變形 22教育教學(xué) 應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變式荷重傳感器的外形及 應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)變片的粘貼位置 F R1 R 2 R 4 23教育教學(xué) 應(yīng)變式荷重傳感器外形及受

13、力位置（續(xù)）應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)） FF 24教育教學(xué) 應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)） FF 25教育教學(xué) 荷重傳感器原理演示荷重傳感器原理演示 貼在荷貼在荷 重傳感器表重傳感器表 面的應(yīng)變片面的應(yīng)變片 在向下力的在向下力的 作用下產(chǎn)生作用下產(chǎn)生 變形。變形。軸向軸向 變短變短，徑向徑向 變長變長。 26教育教學(xué) 汽車衡汽車衡 測量測量裝貨量裝貨量或或 判斷超載判斷超載 27教育教學(xué) 電子秤電子秤 磅秤磅秤 超市打印秤超市打印秤 遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離 顯示顯示 28教育教學(xué) 人體秤人體秤 29教育教學(xué) 吊鉤秤吊鉤秤 便攜式便攜式 30教育教學(xué) 電

14、子秤中的各類彈性元件電子秤中的各類彈性元件 31教育教學(xué) 材料應(yīng)變的測量材料應(yīng)變的測量 斜拉橋上的斜拉繩斜拉橋上的斜拉繩 應(yīng)變測試應(yīng)變測試 32教育教學(xué) 五、測量轉(zhuǎn)換電路五、測量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋不平衡電橋 金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直直 接用歐姆表測量接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，其電阻值的變化將十分困難， 且且誤差很大誤差很大。 例例：金屬箔式應(yīng)變片的標(biāo)稱阻值金屬箔式應(yīng)變片的標(biāo)稱阻值R R0 0為為100100 ， 靈敏度靈敏度K K=2=2，粘貼在橫截面積為，粘貼在橫截面積為9.8mm9.8mm2 2的鋼質(zhì)圓的鋼質(zhì)圓 柱體上，鋼的彈性模

15、量柱體上，鋼的彈性模量E E=2=2 101011 11N/m N/m2 2，所受拉，所受拉 力力F F=0.2t=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值，受拉后應(yīng)變片的阻值R R 的變化量僅的變化量僅 為為0.20.2 。 所以必須使用所以必須使用不平衡電橋不平衡電橋來測量這一微小來測量這一微小 的變化量，的變化量，將將 R /R轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為輸出電壓輸出電壓Uo。 33教育教學(xué) 什么是電橋什么是電橋 不平衡電橋由四個電阻不平衡電橋由四個電阻R1、R2、R3、R4組成組成 一個四邊形的回路，每一邊稱作電橋的一個四邊形的回路，每一邊稱作電橋的“橋臂橋臂”。 有有4個結(jié)點(diǎn)。在個結(jié)點(diǎn)。在a、c結(jié)點(diǎn)之間接入電源

16、結(jié)點(diǎn)之間接入電源Ui，而另一，而另一 對結(jié)點(diǎn)對結(jié)點(diǎn)(b、d)之間的電壓差作為輸出電壓端之間的電壓差作為輸出電壓端Uo 。 b、d的對地電壓相等時稱作的對地電壓相等時稱作 “電橋平衡電橋平衡”；反之，；反之， 稱作稱作“電橋不平衡電橋不平衡”。 電橋平衡的條件是：電橋平衡的條件是： 上下橋臂的左右位置上下橋臂的左右位置 電阻比例相等。電阻比例相等。 34教育教學(xué) 測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋不平衡電橋 3i124 o 1234 () 2-3 4 RURRR U RRRR 由由電工學(xué)電工學(xué)可知：可知： 若橋路若橋路4個橋臂個橋臂 相鄰電阻的電阻相鄰電阻的電阻 值值變化趨勢相反變化趨勢相反，

17、橋路的輸出電壓橋路的輸出電壓 反而反而相互疊加。相互疊加。 35教育教學(xué) 電橋平衡的條件電橋平衡的條件 ：R1/R2=R4/R3 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R RP P ，最終，最終 可以使可以使R R1 1 / /R R2 2 = =R R4 4/ /R R3 3 （ R R1 1 、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并聯(lián)并聯(lián) R RP P后的等效電阻）后的等效電阻），電，電 橋趨于平衡，橋趨于平衡，U Uo o被預(yù)調(diào)被預(yù)調(diào) 到零位，這一過程稱為到零位，這一過程稱為 調(diào)零調(diào)零。 36教育教學(xué) 單臂電橋單臂電橋 單臂半橋的單臂半橋的 靈敏度最低。靈敏度最低。 計(jì)算公式計(jì)算公式 44 1 i 1 1i

18、o K U R RU U 37教育教學(xué) 雙臂電橋雙臂電橋 R1、 R2為應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變 片片， R3、R4為固定為固定 電阻電阻 。應(yīng)變片。應(yīng)變片R1 、 、 R2 感受到的應(yīng)變感受到的應(yīng)變 1、 2以及以及產(chǎn)生的電阻增產(chǎn)生的電阻增 量量正負(fù)號相間正負(fù)號相間，可以，可以 使使輸出電壓輸出電壓Uo成倍成倍 地增大地增大。 38教育教學(xué) 四臂全橋四臂全橋 全橋的四個橋臂都為全橋的四個橋臂都為 應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件 受力后，應(yīng)變片受力后，應(yīng)變片R1 R4產(chǎn)產(chǎn) 生的電阻增量（或感受到生的電阻增量（或感受到 的應(yīng)變的應(yīng)變 1 4）正負(fù)號相間正負(fù)號相間， 就可以就可以使輸出電壓使輸出電

19、壓Uo成倍成倍 地增大地增大。 上述三種工作方式中，上述三種工作方式中，哪一種靈敏度最高哪一種靈敏度最高? 哪一種靈敏度最低哪一種靈敏度最低? 39教育教學(xué) 全橋的溫度補(bǔ)償原理全橋的溫度補(bǔ)償原理 當(dāng)環(huán)境溫度升高當(dāng)環(huán)境溫度升高 時，橋臂上的應(yīng)變片時，橋臂上的應(yīng)變片 溫度溫度同時升高同時升高，溫度，溫度 引起的電阻值引起的電阻值漂移數(shù)漂移數(shù) 值一致值一致，可以，可以相互抵相互抵 消消，所以，所以全橋的溫漂全橋的溫漂 最小。最小。 采用全橋（或采用全橋（或 雙臂半橋）能實(shí)現(xiàn)雙臂半橋）能實(shí)現(xiàn) 溫度溫度自補(bǔ)償自補(bǔ)償。 40教育教學(xué) 41教育教學(xué) 42教育教學(xué) 43教育教學(xué) 應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手應(yīng)變式數(shù)顯扭

20、矩扳手 數(shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)數(shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi) 燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制 緊固螺栓的緊固螺栓的裝配扭矩裝配扭矩。量程。量程2500Nm，耗電，耗電 量量10mA，有公制，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、 自動斷電等功能。自動斷電等功能。 44教育教學(xué) 45教育教學(xué) 應(yīng)變式數(shù)顯扭應(yīng)變式數(shù)顯扭 矩扳手（續(xù)）矩扳手（續(xù)） 46教育教學(xué) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器壓阻式固態(tài)壓力傳感器 利用擴(kuò)散工藝制作的利用擴(kuò)散工藝制作的 四個半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于四個半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于 同一硅片上，同一硅片上，工藝

21、一致性工藝一致性 好好，靈敏度相等靈敏度相等，漂移抵漂移抵 消消，遲滯、蠕變非常小，遲滯、蠕變非常小， 動態(tài)響應(yīng)快。動態(tài)響應(yīng)快。 47教育教學(xué) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片 隔離、承壓隔離、承壓 膜片膜片可以將可以將腐蝕腐蝕 性的氣體性的氣體、液體液體 與與硅膜片硅膜片 隔離隔離開開 來。來。 48教育教學(xué) 壓阻式固態(tài)壓阻式固態(tài) 壓力傳感器壓力傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 信號處理信號處理 電路電路 p 49教育教學(xué) 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器 高壓進(jìn)氣口高壓進(jìn)氣口 低壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口 50教育教學(xué) 小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）

22、小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)） 可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備 p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管 p2進(jìn)氣管進(jìn)氣管 電纜引出電纜引出 51教育教學(xué) 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)） 表壓壓力傳感器表壓壓力傳感器 p1進(jìn)氣管進(jìn)氣管 52教育教學(xué) 汽車子午線輪胎胎壓的測量汽車子午線輪胎胎壓的測量 子午線輪胎子午線輪胎 汽車胎壓汽車胎壓傳感器傳感器 的安裝的安裝 53教育教學(xué) 投入式液位計(jì)投入式液位計(jì) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器的壓阻式固態(tài)壓力傳感器的p1進(jìn)氣孔用進(jìn)氣孔用柔性柔性 不銹鋼隔離膜片隔離不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力。硅，并用硅油傳導(dǎo)壓力。硅 杯

23、杯不與液體相通，耐腐蝕不與液體相通，耐腐蝕。 54教育教學(xué) 投入式液位計(jì)外形（續(xù)）投入式液位計(jì)外形（續(xù)） 壓阻式壓阻式 固態(tài)壓力固態(tài)壓力 傳感器傳感器 與水位與水位 成正比成正比 的光柱的光柱 橡膠橡膠 背壓管背壓管 進(jìn)水孔進(jìn)水孔 55教育教學(xué) 投入式液位傳感器投入式液位傳感器 投入式液位投入式液位 傳感器必須使用傳感器必須使用 安裝支架，適應(yīng)安裝支架，適應(yīng) 于深度為于深度為 幾米幾米 至至 幾十米，且混幾十米，且混 有有 大大 量量 污物、污物、 雜質(zhì)的水或其他雜質(zhì)的水或其他 液體的液位測量。液體的液位測量。 56教育教學(xué) 投入式液位計(jì)液位的計(jì)算投入式液位計(jì)液位的計(jì)算： 安裝高度安裝高度h0

24、處水的表壓處水的表壓 p1= gh1 所以：所以： h=h0+h1=h0+p1 /（ g） 例：液位計(jì)安裝高度為例：液位計(jì)安裝高度為1m，測得壓力為，測得壓力為 98kPa，求水的，求水的深度深度h。 57教育教學(xué) 與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測量模塊與計(jì)算機(jī)接口的多路電阻應(yīng)變測量模塊 58教育教學(xué) 第三節(jié)第三節(jié) 測溫?zé)犭娮鑲鞲衅鳒y溫?zé)犭娮鑲鞲衅?一、金屬熱電阻一、金屬熱電阻 溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動 加劇加劇，從而使金屬內(nèi)部的，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金自由電子通過金 屬導(dǎo)體時的阻礙增大屬導(dǎo)體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出，宏觀上表現(xiàn)出電阻電阻 率變大，

25、電阻值增加率變大，電阻值增加，我們稱其為，我們稱其為正溫度正溫度 系數(shù)，即系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同電阻值與溫度的變化趨勢相同。 測溫?zé)犭娮杩煞譃闇y溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俳饘俸秃桶雽?dǎo)體半導(dǎo)體兩大類。兩大類。 59教育教學(xué) 金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示金屬絲電阻隨溫度增高而變大的演示 我們先來做一個實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們用力拉電阻絲時，電阻絲的長度我們先來做一個實(shí)驗(yàn)。當(dāng)我們用力拉電阻絲時，電阻絲的長度 略有增加，直徑略有減小，從而導(dǎo)致電阻值略有增加，直徑略有減小，從而導(dǎo)致電阻值R變大。在我們這個變大。在我們這個 實(shí)驗(yàn)中，電阻絲的阻值從初始狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)中，電阻絲的阻值從初始狀態(tài)的10.00增大到增大到

26、10.05，如，如 圖圖2-4所示。所示。 60教育教學(xué) 超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象 19111911年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯（年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯（Kamerlingh Kamerlingh OnnesOnnes）在用液氦將汞的溫度降到）在用液氦將汞的溫度降到4.2K4.2K時，時， 發(fā)現(xiàn)汞的電阻降發(fā)現(xiàn)汞的電阻降 為零。昂內(nèi)斯將這為零。昂內(nèi)斯將這 種現(xiàn)象稱為物質(zhì)的種現(xiàn)象稱為物質(zhì)的 超導(dǎo)性。后來昂內(nèi)超導(dǎo)性。后來昂內(nèi) 斯和其他科學(xué)家陸斯和其他科學(xué)家陸 續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他一些 金屬也是超導(dǎo)體。金屬也是超導(dǎo)體。 昂內(nèi)斯因?yàn)檫@項(xiàng)重昂內(nèi)斯因?yàn)檫@項(xiàng)重 大發(fā)現(xiàn)而獲得大發(fā)現(xiàn)而獲得1913 年的諾貝爾物理學(xué)年的

27、諾貝爾物理學(xué) 獎。獎。61教育教學(xué) 易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻 請?zhí)暨x適合于制作熱電阻的金屬材料請?zhí)暨x適合于制作熱電阻的金屬材料 62教育教學(xué) 金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能 63教育教學(xué) 薄膜式及裝配式鉑熱電阻薄膜式及裝配式鉑熱電阻 64教育教學(xué) 小型鉑熱電阻小型鉑熱電阻 65教育教學(xué) 防爆型鉑熱電阻防爆型鉑熱電阻 堅(jiān)實(shí)的外殼起堅(jiān)實(shí)的外殼起“隔爆隔爆”作作 用用 66教育教學(xué) 汽車用水溫傳感器及水溫表汽車用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻銅熱電阻 67教育教學(xué) 學(xué)習(xí)查學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表鉑熱電阻分度表” 請

28、判斷鉑熱電阻是否請判斷鉑熱電阻是否線性線性 68教育教學(xué) 鉑電阻溫度顯示、變送器鉑電阻溫度顯示、變送器 上下限設(shè)定鍵上下限設(shè)定鍵 上限上限 下限下限 上上限上上限 下下限下下限 測量值測量值 69教育教學(xué) 可設(shè)定溫度的溫度控制箱可設(shè)定溫度的溫度控制箱 旋轉(zhuǎn)式機(jī)械旋轉(zhuǎn)式機(jī)械 設(shè)定開關(guān)設(shè)定開關(guān) 撥碼式撥碼式 設(shè)定開關(guān)設(shè)定開關(guān) 哪一種更適合哪一種更適合車間車間使用？使用？ 70教育教學(xué) 二、熱敏電阻二、熱敏電阻 熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)（熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和正溫度）和正溫度 系數(shù)（系數(shù)（PTC）之分。）之分。 NTC又可分為兩大類：又可分為兩大類： 第一類的第一類的電阻值與溫度電阻值與溫度之

29、間呈之間呈嚴(yán)格的負(fù)指嚴(yán)格的負(fù)指 數(shù)關(guān)系，因此可用于測量溫度：數(shù)關(guān)系，因此可用于測量溫度： 第二類為突變型（第二類為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升）。當(dāng)溫度上升 到某臨界點(diǎn)時，其電阻值突然下降到某臨界點(diǎn)時，其電阻值突然下降 ，可用于，可用于 控制溫度控制溫度 。 0 11 () 0 B TT T RR e 71教育教學(xué) 熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號 a a）圓片型熱敏電阻）圓片型熱敏電阻 b b）柱型熱敏電阻）柱型熱敏電阻 c c）珠型）珠型 熱敏電阻熱敏電阻 d d）鎧裝型）鎧裝型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）圖形符號）圖形符號 1 1熱敏電阻熱敏電阻 2 2玻璃外殼

30、玻璃外殼 3 3引出線引出線 4 4紫銅外殼紫銅外殼 5 5傳熱安裝孔傳熱安裝孔 72教育教學(xué) PTC熱敏電阻熱敏電阻 PTC熱敏電阻屬于臨界溫度型（熱敏電阻屬于臨界溫度型（CTR）。）。 當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時，其電阻值突然下降，當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時，其電阻值突然下降， 可用于各種電子電路中抑制浪涌電流。大功率可用于各種電子電路中抑制浪涌電流。大功率 PTC還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元件。還可用作暖風(fēng)機(jī)中的加熱元件。 恒溫加熱恒溫加熱PTC 熱敏電阻熱敏電阻 73教育教學(xué) 下圖所示的恒溫加熱下圖所示的恒溫加熱PTC熱敏電阻的熱敏電阻的溫度將溫度將 恒定在多少度范圍恒定在多少度范圍？為什么？為什

31、么？ 加熱電流加熱電流約為多約為多 少少A？ 將暖風(fēng)機(jī)的將暖風(fēng)機(jī)的“風(fēng)風(fēng) 量量”加大后，加大后， PTC的的溫度為什溫度為什 么不會下降么不會下降？加加 熱功率如何變化熱功率如何變化？ 74教育教學(xué) 下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？ 75教育教學(xué) 熱敏電阻的特性曲線如下圖熱敏電阻的特性曲線如下圖2，計(jì)算公式如下，計(jì)算公式如下， R01M， T025，B=4000,求求100 時的電時的電 阻值阻值 解：解：T=273+100=373KT=273+100=373K（開氏）（開氏） 結(jié)論：結(jié)論：100 時的阻值只時的阻值只 有有25 時的時的1/15

32、 。 0 1111 ()4000() 298 373 T0 1 0.067M67k B TT RR ee 76教育教學(xué) 熱敏電阻外形熱敏電阻外形 MF12型型 NTC熱敏電熱敏電 阻阻 聚脂塑料封裝聚脂塑料封裝 熱敏電阻熱敏電阻 77教育教學(xué) 其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 玻璃封裝玻璃封裝 NTC熱敏電阻熱敏電阻 MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻 78教育教學(xué) 其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻 帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻 大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻 79教育教學(xué) 其他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）（續(xù)） 貼片式貼片式NTC 熱敏電阻熱敏電阻 80教育教學(xué) 其

33、他形式的熱敏電阻其他形式的熱敏電阻（續(xù)）（續(xù)） MF58型（珠形）型（珠形） 高精度負(fù)溫度系數(shù)高精度負(fù)溫度系數(shù) 熱敏電阻熱敏電阻 MF5A-3型熱敏電阻型熱敏電阻 （參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料） 81教育教學(xué) 非標(biāo)熱敏電阻非標(biāo)熱敏電阻 82教育教學(xué) 非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 83教育教學(xué) 非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)） 84教育教學(xué) 熱敏電阻溫度面板表熱敏電阻溫度面板表 熱敏電阻熱敏電阻 LCD 85教育教學(xué) 熱敏電阻體溫表熱敏電阻體溫表 86教育教學(xué) 熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法熱敏電阻體溫表的調(diào)試、標(biāo)定方法 調(diào)試時，調(diào)試時， 應(yīng)該先

34、調(diào)應(yīng)該先調(diào)哪一哪一 只電位器只電位器，再，再 調(diào)調(diào)哪一只電位哪一只電位 器？器？ 如何檢驗(yàn)如何檢驗(yàn) 表面刻度中其表面刻度中其 他各點(diǎn)是否準(zhǔn)他各點(diǎn)是否準(zhǔn) 確？具體步驟確？具體步驟 如何進(jìn)行？如何進(jìn)行？ 87教育教學(xué) 熱敏電阻與電容器組成的熱敏電阻與電容器組成的RCRC多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱為矩形波發(fā)生器。多諧振蕩器又稱為矩形波發(fā)生器。 f1/(2RC) Rt 去計(jì)算機(jī)的去計(jì)算機(jī)的 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 f f 88教育教學(xué) 熱敏電阻用于熱敏電阻用于CPU的溫度測量的溫度測量 （參考小熊在線公司資料）（參考小熊在線公司資料） 89教育教學(xué) 熱敏電阻用于熱敏電阻用于電熱水器電熱水器的溫度控制的

35、溫度控制 90教育教學(xué) 第四節(jié)第四節(jié) 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 工業(yè)、科研、生活、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等許多工業(yè)、科研、生活、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等許多 領(lǐng)域都需要測量環(huán)境中某些氣體的成分、濃領(lǐng)域都需要測量環(huán)境中某些氣體的成分、濃 度。例如，煤礦中瓦斯氣體濃度超過極限值度。例如，煤礦中瓦斯氣體濃度超過極限值 時，有可能發(fā)生爆炸；家庭發(fā)生煤氣泄漏時，時，有可能發(fā)生爆炸；家庭發(fā)生煤氣泄漏時， 可能發(fā)生悲劇性事件；農(nóng)業(yè)塑料大棚中可能發(fā)生悲劇性事件；農(nóng)業(yè)塑料大棚中CO2 濃度不足時，農(nóng)作物將減產(chǎn)；鍋爐和汽車發(fā)濃度不足時，農(nóng)作物將減產(chǎn)；鍋爐和汽車發(fā) 動機(jī)汽缸燃燒過程中動機(jī)汽缸燃燒過程中O2含量不達(dá)標(biāo)時，效含量不達(dá)標(biāo)時，

36、效 率將下降，并造成環(huán)境污染。率將下降，并造成環(huán)境污染。 在這一節(jié)里，卡卡給大家介紹氣敏電阻在這一節(jié)里，卡卡給大家介紹氣敏電阻 傳感器的特性及其典型應(yīng)用傳感器的特性及其典型應(yīng)用 91教育教學(xué) 氣敏電阻可以把某種氣體的氣敏電阻可以把某種氣體的成分成分、濃度濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)等參數(shù)轉(zhuǎn) 換成換成電阻變化量電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓電流、電壓信號。信號。 氣敏電阻品種繁多，主要有可測量還原性氣敏電阻品種繁多，主要有可測量還原性 氣體和測量氧氣濃度的兩大類。氣體和測量氧氣濃度的兩大類。 92教育教學(xué) 一、還原性氣體傳感器一、還原性氣體傳感器 在化學(xué)反應(yīng)中，還原性氣體是給出電子還是在化學(xué)反應(yīng)中，還

37、原性氣體是給出電子還是 得到電子？得到電子？ 還原性氣體還原性氣體多數(shù)屬于多數(shù)屬于可燃性氣體可燃性氣體，例如石油，例如石油 蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、 氫氣等。氫氣等。 測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、 ZnO或或Fe2O3等金屬氧化物粉料燒結(jié)而成的半導(dǎo)等金屬氧化物粉料燒結(jié)而成的半導(dǎo) 體器件。體器件。 93教育教學(xué) MQNMQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路 a a）氣敏燒結(jié)體）氣敏燒結(jié)體 b b）氣敏電阻外形）氣敏電阻外形 c c）基本測量電路）基本測量電路 11引腳引腳 2

38、2塑塑 料底座料底座 33燒結(jié)燒結(jié) 體體 44不銹鋼網(wǎng)不銹鋼網(wǎng) 罩罩 55加熱電極加熱電極 6 6工作電極工作電極 7 7加熱電源加熱電源 8 8測量電源測量電源 94教育教學(xué) 在學(xué)習(xí)過的化學(xué)知識中，所謂還原性氣體，就是在在學(xué)習(xí)過的化學(xué)知識中，所謂還原性氣體，就是在 化學(xué)反應(yīng)中能逸出電子，化學(xué)價升高的氣體。還原化學(xué)反應(yīng)中能逸出電子，化學(xué)價升高的氣體。還原 性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精 蒸氣、甲烷、煤氣、天然氣、氫氣等。蒸氣、甲烷、煤氣、天然氣、氫氣等。 回回 顧顧 一一 下下 95教育教學(xué) 表表2-4 2-4 幾種國產(chǎn)氣敏電阻的主要特

39、性幾種國產(chǎn)氣敏電阻的主要特性 型號參數(shù)型號參數(shù) UL206UL282UL281MQN10 檢測對象檢測對象煙霧煙霧酒精蒸氣酒精蒸氣煤氣煤氣可燃性氣體可燃性氣體 測量回路電測量回路電 壓壓/V 151.5151.510+1101 加熱回路電加熱回路電 壓壓/V 50.550.5 清洗清洗5.5+0.5 工作工作0.8+0.1 50.5 加熱電流加熱電流/mA160180160180 清洗清洗190 工作工作2535 160180 環(huán)境溫度環(huán)境溫度/- -1050- -1050- -1050- -2050 環(huán)境濕度環(huán)境濕度 /%RH 0.950.950.950.95 96教育教學(xué) n MQN型氣敏

40、半導(dǎo)體器件的燒結(jié)體中，型氣敏半導(dǎo)體器件的燒結(jié)體中， 有兩組鉑絲。有兩組鉑絲。一組鉑絲為測量電極一組鉑絲為測量電極，另一組另一組 （上圖中的左邊鉑絲）為加熱電極兼測量電極。（上圖中的左邊鉑絲）為加熱電極兼測量電極。 n 氣敏電阻工作時必須加熱到氣敏電阻工作時必須加熱到200 300， 其目的是加速被測氣體的化學(xué)吸附和電離的過其目的是加速被測氣體的化學(xué)吸附和電離的過 程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。 97教育教學(xué) 部分氣敏電阻外形部分氣敏電阻外形 酒精傳感器酒精傳感器 98教育教學(xué) 酒精傳感器技術(shù)指標(biāo)酒精傳感器技術(shù)指標(biāo) 工作電壓工作電壓 DC3V

41、（2A5電池）；工作電流電池）；工作電流 120mA； 使用環(huán)境使用環(huán)境 溫度：溫度： 045； 相對濕度：相對濕度：95%RH ；預(yù)熱時間；預(yù)熱時間 10秒秒 （初次預(yù)熱（初次預(yù)熱18秒）；測試時間秒）；測試時間 8秒；測量范秒；測量范 圍圍 0.001.00mg/L； 報警濃度報警濃度 0.24mg/L；準(zhǔn)確；準(zhǔn)確 度度 10% F.S 99教育教學(xué) 酒精測試儀酒精測試儀呼氣管呼氣管 100教育教學(xué) 氣敏電阻的選擇性氣敏電阻的選擇性 101教育教學(xué) 在圖在圖2-24中，氣敏電阻在被測氣體濃度較低時有較中，氣敏電阻在被測氣體濃度較低時有較 大的電阻變化，而當(dāng)被測氣體濃度較大時，其電阻大的電阻

42、變化，而當(dāng)被測氣體濃度較大時，其電阻 率的變化逐漸趨緩，有較大的非線性。率的變化逐漸趨緩，有較大的非線性。 這種特性較適用于氣體的微量檢漏、濃度檢測或超這種特性較適用于氣體的微量檢漏、濃度檢測或超 限報警，被廣泛用于煤炭、石油、化工、家居等各限報警，被廣泛用于煤炭、石油、化工、家居等各 種領(lǐng)域。種領(lǐng)域。 觀觀 察察 和和 分分 析析 102教育教學(xué) 氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線 觀察右圖這觀察右圖這 些曲線，有何些曲線，有何特特 點(diǎn)點(diǎn)？可以得出哪？可以得出哪 些啟示？些啟示？ 請說明非線性請說明非線性 特性對特性對濃度超限濃度超限 報警報警是否有利，是否有利， 為什么？

43、為什么？ 103教育教學(xué) 家庭用煤氣報警器家庭用煤氣報警器 104教育教學(xué) 家庭用液化氣家庭用液化氣 報警器報警器 105教育教學(xué) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器 106教育教學(xué) 其他氣體傳感器其他氣體傳感器 NH3傳感器傳感器 煤礦瓦斯報警器煤礦瓦斯報警器 107教育教學(xué) 各種酒精各種酒精 傳感器傳感器 108教育教學(xué) 12.12.酒后駕車測試儀酒后駕車測試儀 酒后駕車易出事故，但判定駕駛員是否喝酒過量酒后駕車易出事故，但判定駕駛員是否喝酒過量 帶有較大的主觀因素。請你利用學(xué)過的知識，設(shè)計(jì)一帶有較大的主觀因素。請你利用學(xué)過的知識，設(shè)計(jì)一 臺便攜式、交通警使用的酒后駕車測試儀臺便攜式、交通警使用的酒后駕車測試儀 109教育教學(xué) 酒后駕車測試儀的試制酒后駕車測試儀的試制 酒后駕車測試儀散件酒后駕車測試儀散件 呼氣管呼氣管 110教育教學(xué) 111教育教學(xué) 汽車尾氣分析汽車尾氣分析 112教育教學(xué) 有毒氣體傳感器的使用有毒氣體傳感器的使用 113教育教學(xué) 第五節(jié)第五節(jié) 濕敏電阻傳感器濕敏電阻傳感器 許多儲物倉庫