力敏傳感器-課件

力敏傳感器

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壓阻式傳感器應(yīng)變式傳感器1力敏傳感器概述返回壓阻式傳感器應(yīng)變式傳感器力敏傳感器

★基本原理：將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。

★構(gòu)成電阻的材料種類很多，如導(dǎo)體、半導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液等。★引起電阻變化的物理原因也很多，如導(dǎo)體、半導(dǎo)體的長度變化或內(nèi)應(yīng)力變化、溫度變化等。2力敏傳感器★基本原理：將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”44力敏傳感器1、工作原理2、金屬應(yīng)變片的主要特性3、測量電路4、溫度誤差及其補(bǔ)償5、應(yīng)變式傳感器應(yīng)用返回5力敏傳感器1、工作原理返回5力敏傳感器（1）電阻應(yīng)變效應(yīng)F

Δl、ΔA、ΔρΔR上一頁返回下一頁6力敏傳感器（1）電阻應(yīng)變效應(yīng)FΔl、ΔA、Δρ半徑為r的圓導(dǎo)體，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)，上一頁返回下一頁ε為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量；μ為電阻絲材料的泊松比，一般金屬μ=0.3~0.5；λ為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；σ為應(yīng)力值；E為材料的彈性模量；7半徑為r的圓導(dǎo)體，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r上一頁返力敏傳感器材料的幾何尺寸變化引起的材料的電阻率ρ隨應(yīng)變引起的（壓阻效應(yīng)）金屬材料：k0以前者為主（μ=0.25～0.5(鋼μ=0.285

）

k0≈1.5～2

半導(dǎo)體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定上一頁返回下一頁8力敏傳感器材料的幾何尺寸變化引起的金屬材料：k0以前者為主（力敏傳感器

敏感柵直徑為0.025mm左右的合金電阻絲絲繞式基底絕緣覆蓋層保護(hù)位移、力、力矩、加速度、壓力彈性敏感元件

應(yīng)變外力作用被測對象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化應(yīng)變片上一頁返回下一頁9力敏傳感器敏感柵力敏傳感器金屬絲式

金屬箔式

金屬薄膜式

回線式短接式上一頁返回下一頁10力敏傳感器金屬絲式回線式上一頁返回下一頁10力敏傳感器上一頁返回下一頁

1-基片；2-電阻絲；3-覆蓋層；4-引出線

11力敏傳感器上一頁返回下一頁力敏傳感器在絕緣基底上，將厚度為0.003～0.01mm電阻箔材，利用照相制板或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀。上一頁返回下一頁12力敏傳感器在絕緣基底上，將厚度為0.003～0.01mm電阻力敏傳感器（1）尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測量要求;

（2）可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵;（3）與被測試件接觸面積大，粘結(jié)性能好;

散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高;（4）橫向效應(yīng)可以忽略;（5）蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命長。缺點：電阻值的分散性大阻值調(diào)整上一頁返回下一頁13力敏傳感器（1）尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測量要求;上采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1μm以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再加上保護(hù)層。優(yōu)點：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)問題：難控制電阻與溫度和時間的變化關(guān)系力敏傳感器上一頁返回下一頁14采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1力敏傳感器（一）應(yīng)變片的電阻值R

（二）靈敏系數(shù)（三）橫向效應(yīng)上一頁返回下一頁15力敏傳感器（一）應(yīng)變片的電阻值R上一頁返回下一力敏傳感器應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，在室溫下測得的電阻值電阻系列：60、120、200、350、500、1000Ω

可以加大應(yīng)變片承受電壓；電阻值大輸出信號大；敏感柵尺寸也增大。上一頁下一頁返回16力敏傳感器應(yīng)變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，在室溫下測得的電力敏傳感器“標(biāo)稱靈敏系數(shù)”：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)Ｋ是通過抽樣測定得到的,產(chǎn)品包裝上表明的“標(biāo)稱靈敏系數(shù)”是出廠時測定該批產(chǎn)品的平均靈敏系數(shù)值。電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k<電阻絲的靈敏系數(shù)k0

粘結(jié)層傳遞變形失真還存在有橫向效應(yīng)原因：上一頁返回下一頁17力敏傳感器“標(biāo)稱靈敏系數(shù)”：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)Ｋ是通過抽樣測定εy力敏傳感器敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成直線段：沿軸向拉應(yīng)變εx，電阻圓弧段：沿軸向壓應(yīng)度εy

電阻K(箔式應(yīng)變片)上一頁下一頁返回lεyεx18εy力敏傳感器敏感柵是由多條直線和圓弧部分組成K力敏傳感器

應(yīng)變片的橫柵部分將縱柵部分的電阻變化抵消了一部分，降低了整個電阻應(yīng)變片的靈敏度，帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構(gòu)造及尺寸有關(guān)。敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則橫向效應(yīng)的影響愈小。19力敏傳感器應(yīng)變片的橫柵部分將縱柵部分的電阻變化抵消了一力敏傳感器上一頁返回下一頁1直流電橋2非線性誤差及其補(bǔ)償20力敏傳感器上一頁返回下一頁1直流電橋20力敏傳感器

直流電橋的工作原理IL=0時電橋平衡平衡條件

:R1R4=R2R3

R1/R2=R3/R4

上一頁返回下一頁R2R4R3UILRL

R121力敏傳感器直流電橋的工作原理IL=0時電橋平衡R1R4=

2、不平衡直流電橋的工作原理及靈敏度

R1R2R3R4UU0222、不平衡直流電橋的工作原理及靈敏度R1R2

應(yīng)變片工作時，R1其電阻變化為ΔR，設(shè)橋臂比n=R2/R1輸出電壓：

電橋靈敏度定義為:23應(yīng)變片工作時，R1其電阻變化為ΔR，設(shè)橋臂比n=R2/R1當(dāng)n=1時，得

24當(dāng)n=1時，得24略去分母中的ΔR1/R1項,假設(shè)ΔR1/R1<<1單臂電橋，即R1橋臂變化ΔR，理想的線性關(guān)系實際輸出電壓上一頁返回下一頁電橋的相對非線性誤差為力敏傳感器25略去分母中的ΔR1/R1項,假設(shè)ΔR1/R1<<1單臂電橋減小非線性誤差采用的措施為：（1）采用半橋差動電橋R1R2FU0R1＋⊿R1R4R3UR2－⊿R2上一頁返回下一頁26減小非線性誤差采用的措施為：（1）采用半橋差動電橋R1R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR

嚴(yán)格的線性關(guān)系電橋靈敏度比單臂時提高一倍溫度補(bǔ)償作用上一頁返回下一頁27R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR嚴(yán)格的線性輸出電壓為：U0R1＋⊿R1UR2－⊿R2R4＋⊿R4R3－⊿R3上一頁返回下一頁力敏傳感器28輸出電壓為：U0R1＋⊿R1UR2－⊿R2R4＋⊿R4R3－力敏傳感器上一頁返回下一頁(1)當(dāng)環(huán)境溫度變化△t時，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為，則引起的電阻相對變化為(2)試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化△t時，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化.應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；試件的線膨脹系數(shù)29力敏傳感器上一頁返回下一頁(1)當(dāng)環(huán)境溫度變化△力敏傳感器由于溫度變化而引起的總電阻變化為30力敏傳感器由于溫度變化而引起的總電阻變化為30力敏傳感器

單絲自補(bǔ)償法自補(bǔ)償法組合式自補(bǔ)償法線路補(bǔ)償法〔電橋補(bǔ)償法、熱敏電阻〕溫度補(bǔ)償上一頁返回下一頁31力敏傳感器單絲自補(bǔ)償力敏傳感器a.單絲自補(bǔ)償應(yīng)變法b.組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片32力敏傳感器a.單絲自補(bǔ)償應(yīng)變法32a.單絲自補(bǔ)償法優(yōu)點：容易加工，成本低.缺點：只適用特定試件材料，溫度補(bǔ)償范圍也較窄。上一頁返回下一頁實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)βg已知時，通過選擇敏感柵材料使下式成立

33a.單絲自補(bǔ)償法優(yōu)點：容易加工，成本低.上一頁返R1R2b.組合自補(bǔ)償應(yīng)變片法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)調(diào)整R1和R2的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電阻變化滿足通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的溫度自補(bǔ)償，可達(dá)±0.45μ/℃的高精度上一頁返回下一頁34R1R2b.組合自補(bǔ)償應(yīng)變片法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的

電橋補(bǔ)償法U0R1R4R3URbFFR1RbR1+⊿RRb-⊿RU0R1＋⊿RR4R3URb－⊿R上一頁返回下一頁35電橋補(bǔ)償法U0R1R4R3URbFFR1RbR1+⊿力敏傳感器優(yōu)點：簡單、方便，在常溫下補(bǔ)償效果較好.缺點：在溫度變化較大的條件下，很難做到工作片與梯補(bǔ)償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補(bǔ)償效果。36力敏傳感器優(yōu)點：36力敏傳感器TKRtUiR1＋⊿RR4R3U0R2RtR5分流電阻UURtU=Ui-URtK上一頁返回下一頁37力敏傳感器TKRtUiR1＋⊿RR4R3力敏傳感器1

應(yīng)變式力傳感器2

應(yīng)變式壓力傳感器3.應(yīng)變式液體重量（或液位）傳感器4

應(yīng)變式加速度傳感器上一頁返回下一頁38力敏傳感器1

應(yīng)變式力傳感器上一頁返回下一頁3上一頁返回下一頁柱式力傳感器（1）

應(yīng)變式力傳感器①柱（筒）式力傳感器（a）實心圓柱；（b）空心圓筒；39上一頁返回下一頁柱式力傳感器（1）

應(yīng)變式力傳感R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3R4UoUF40R5R8R7R6R1R2R3R4R5R8R7R6R1R2R3力敏傳感器上一頁返回下一頁等截面梁結(jié)構(gòu)簡單，易加工，靈敏度高適合于測5000N以下的載荷,也可用于小壓力測量b0R1R2l0lFbhⅠ

等截面懸臂梁41力敏傳感器上一頁返回下一頁等截面梁結(jié)構(gòu)簡單，易加b0R1R2XlFbhⅡ

等強(qiáng)度懸臂梁42b0R1R2XlFbhⅡ等強(qiáng)度懸臂梁42Ⅲ

雙端固定梁43Ⅲ雙端固定梁43③薄壁圓環(huán)壓力傳感器

上一頁返回下一頁在外力作用下，各點的應(yīng)力差別較大44③薄壁圓環(huán)壓力傳感器上一頁返回下一頁在外力作用下力敏傳感器上一頁返回下一頁R4R3R1R2

UU0膜片P膜片式壓力傳感器45力敏傳感器上一頁返回下一頁R4R3R1R2UU0筒式壓力傳感器測較大壓力

機(jī)床液壓系統(tǒng)的壓力（106～107Pa），槍炮的膛內(nèi)壓力（108Pa），動態(tài)特性和靈敏度主要由材料的E值和尺寸決定上一頁返回下一頁46筒式壓力傳感器測較大壓力機(jī)床液壓系統(tǒng)的壓力（106組合式壓力傳感器應(yīng)變片不直接粘貼在壓力感受元件上壓力敏感元件為膜片或膜盒、波紋管、彈簧管等通常用于測量小壓力。其缺點