智能傳感與檢測技術(shù) 課件 第1章電阻式傳感器

機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6第1章電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)電阻應(yīng)變式傳感器1.1氣敏電阻傳感器1.2濕敏電阻傳感器1.3電阻式傳感器01金屬或半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時，其電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬與半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)有何不同？1.1電阻應(yīng)變是傳感器1.1.1應(yīng)變片與應(yīng)變效應(yīng)智能傳感與檢測技術(shù)01金屬應(yīng)變片金屬與半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)有何不同？金屬電阻應(yīng)變片的電阻相對變化與導(dǎo)體的應(yīng)變成正比，可以用公式表示為：器K是與應(yīng)變片結(jié)構(gòu)等有關(guān)的常數(shù)，ε是應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變（軸向單位長度的伸長量，如果每米伸長1米即：1m/m=1叫1個應(yīng)變，若每米伸長1mm叫1mε，每米伸長1μm叫1με）。電阻式傳感器01半導(dǎo)體應(yīng)變片πL

是壓阻系數(shù)，σ是半導(dǎo)體所受的應(yīng)力（半導(dǎo)體內(nèi)部單位面積上受到的力）。半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器受外力變形時的電阻相對變化，與半導(dǎo)體所受的應(yīng)力成正比，用公式表示為：器電阻式傳感器電阻式傳感器01智能傳感器檢測技術(shù)1.1.2應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片有：絲式、箔式和薄膜式三種類型由于箔式應(yīng)變片與基片的接觸面積比絲式大得多，所以散熱條件好，可允許通過較大電流，而且在長時間測量時的蠕變也較小。箔式應(yīng)變片的一致性好，適合于大批量生產(chǎn)，目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器的制造中。絲式

箔式

薄膜式（1）金屬應(yīng)變片金屬應(yīng)變片電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.2應(yīng)變片的種類與結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料作敏感柵而制成的。它的靈敏度高（比絲式、箔式大幾十倍），但靈敏度的一致性差、溫漂大、電阻與應(yīng)變之間非線性嚴(yán)重。在使用時，需采用溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償措施。（1）半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片智能傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.3應(yīng)變片的粘貼工藝應(yīng)變片的檢查試件表面處理確定貼片位置粘貼固化粘貼質(zhì)量檢查引線和組橋

電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.4測量轉(zhuǎn)換電路（1）電橋的平衡條件電橋的平衡條件：

對臂電橋阻值乘積相等。當(dāng)電橋平衡時，得：電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)電橋的工作方式單臂電橋雙臂電橋全橋電阻式傳感器10智能傳感與檢測技術(shù)01單臂電橋假設(shè)R1增大?R，對于等臂電橋和輸出對稱電橋，此時的輸出電壓單臂電橋器01金屬應(yīng)變片金屬與半導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)有何不同？雙臂電橋器當(dāng)應(yīng)變片開始工作時，R1增大?RR2減小?R，此時對于等臂電橋有：電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)01半導(dǎo)體應(yīng)變片兩個受拉應(yīng)變阻值增大，兩個受壓應(yīng)變阻值減小。當(dāng)應(yīng)變片開始工作時，對臂電阻應(yīng)變極性相同，相鄰臂的電阻應(yīng)變極性相反，此時對于等臂電橋有雙差動全橋器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.5電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.5電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.1.5電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償01氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器（以下簡稱氣敏電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它利用半導(dǎo)體材料對氣體的吸附而使自身電阻率發(fā)生變化的機(jī)理進(jìn)行測量的元件。1.2氣敏電阻傳感器1.2.1基本概念與工作原理器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)01氣敏電阻一般由敏感元件、加熱器和外殼三部分組成。1.2.2結(jié)構(gòu)特性器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)氣敏電阻的符號氣敏電阻的外形側(cè)視圖和底視引腳圖01旁熱式的加熱電極與信號檢測電極隔離，避免信號檢測回路與加熱回路之間的相互影響，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，性能穩(wěn)定、消耗功率小，是目前應(yīng)用最廣泛的氣敏電阻。1.2.2結(jié)構(gòu)特性氣敏電阻的加熱方式器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)電阻式傳感器01智能傳感與檢測技術(shù)1.2.3濕敏電阻傳感器的應(yīng)用實例01濕敏電阻傳感器濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。1.3濕敏電阻傳感器電阻傳感器1.3.1基本概念與工作原理器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)01

酸鎂-二氧化鈦陶瓷濕敏元件是較常用的一種濕度傳感器，它是由MgCr2O4-TiO2固熔體組成的多孔性半導(dǎo)體陶瓷。這種材料的表面電阻值能在很寬的范圍內(nèi)隨濕度的增加而變小，即使在高濕條件下，對其進(jìn)行多次反復(fù)的熱清洗，性能仍不改變。1.3.2結(jié)構(gòu)特性1.半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)01

氯化鋰是潮解性鹽，這種電解質(zhì)溶液形成的薄膜能隨著空氣中水蒸汽的變化而吸濕或脫濕。感濕膜的電阻隨空氣相對濕度變化而變化，當(dāng)空氣中濕度增加時，感濕膜中鹽的濃度降低。1.3.2結(jié)構(gòu)特性2.氯化鋰濕敏電阻器電阻式傳感器智能傳感與檢測技術(shù)01

有機(jī)高分子膜濕敏電阻是在氧化鋁等陶瓷基板上設(shè)置梳狀型電極，然后在其表面涂以具有感濕性能，又有導(dǎo)電性能的高分子材料的薄膜，再涂復(fù)一層