第3章傳感器技術(shù)1電阻式

第3節(jié)電阻式傳感器定義：是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器。由于輸出信號(hào)一般為電壓信號(hào)，也稱電阻式電壓信號(hào)傳感器。分類：1）變阻式（電位計(jì)式）；

2）電阻應(yīng)變式。一、電位計(jì)式傳感器1．結(jié)構(gòu)1）電阻體：電阻絲(碳膜)、骨架；2）電刷：觸頭。

CY1-17(L、G)電位計(jì)式壓力傳感器

GY10電位計(jì)式壓力傳感器1、壓力測(cè)量范圍：0~10kgf/cm2;2、精度：±2.5％3、工作電壓：DC（27±0.5）V;4、環(huán)境溫度：-55~75℃5、工作電流不應(yīng)大于100mA;6、傳感器重量（不含配件）不大于550g;7、輸出總電阻R1+R2=255Ω

1）2）3）變阻器式傳感器1）直線位移型2）角位移型3）非線性型輸出信號(hào)與輸入的關(guān)系不同，可采用不同的骨架來線性化：當(dāng)f(x)=kx

→直線式骨架；當(dāng)f(x)=kx2

→三角式骨架；當(dāng)f(x)=kx3

→拋物線式骨架。

3）輸出電路：電阻分壓電路+伺服記錄儀（電子電位差計(jì)）。2、工作原理

由電阻的歐姆定律可知，Ｒ=ρL/S，當(dāng)、面積S一定時(shí)，Ｒ∝L。

因此，當(dāng)被測(cè)參數(shù)引起觸頭移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生△L，使電阻變化（△Ｒ），由電阻分壓電路測(cè)得△Ｒ（U/I），就能得到被測(cè)參數(shù)。3．特點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，方便，輸出功率大，可直接接顯示儀表。2）缺點(diǎn)：分辨率低<20μm；噪聲大，易磨損，壽命短。4．應(yīng)用1）測(cè)量線、角位移；2）一切能通過相應(yīng)敏感元件轉(zhuǎn)換的位移的非電量，如力、加速度等。例如、電位計(jì)式壓力傳感器；1-連桿2-電觸點(diǎn)3-彈簧管二、電阻應(yīng)變式傳感器分類：1）金屬電阻應(yīng)變式；

2）半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式。1．金屬電阻應(yīng)變片（應(yīng)用最廣）1）結(jié)構(gòu)由敏感元件（電阻體）+上、下基片+引線貼在一起構(gòu)成。電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2）工作原理P(壓力)→

dl（拉長(zhǎng)）、ds（縮?。?、dρ（晶格變形）→

dR(電阻變化)。由電阻的歐姆定律：Ｒ=ρL/S（3-1）再由下列關(guān)系式：①；②（3-2）

ν-泊松比；λ—壓阻系數(shù)；E—彈性模量；將（3-2）式代入（3-2）式得：

（3-3）其中，是尺寸效應(yīng)引起，為壓阻效應(yīng)。式中，為應(yīng)變片靈敏度。對(duì)金屬電阻式應(yīng)變片，因

，得：

（3-4）

dR/R∝ε，呈線性關(guān)系；所以測(cè)得ε就能確定引起ε的被測(cè)參數(shù)；當(dāng)ε=10-3~10-6時(shí)，

R=5ⅹ10-1~10-4Ω。靈敏應(yīng)：電阻絲材料不同，S不同：Ag>Cr>Ni>Cu。2．半導(dǎo)體應(yīng)變片1）結(jié)構(gòu)與金屬電阻應(yīng)變式結(jié)構(gòu)相同；只是沿一定晶軸方向的半導(dǎo)體的小條切片代替金屬電阻絲。2）工作原理由（3-3）式可知：由于，得：

（3-5）半導(dǎo)體式應(yīng)變片的dR/R是由壓阻效應(yīng)（電阻率變化）引起。壓阻效應(yīng)：是指單晶半導(dǎo)體在沿某一軸向受到外力作用時(shí)，造成晶格畸變導(dǎo)致電阻率（載流能力）發(fā)生變化的現(xiàn)象。靈敏應(yīng)：Smax≥100。3．兩種應(yīng)變片的“特點(diǎn)”比較1）兩種體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測(cè)量精度高，使用方便；2）工作原理不同：金屬式基于尺寸效應(yīng)；半導(dǎo)體式基于壓阻效應(yīng)。3）性能穩(wěn)定，精度高。4）靈敏度：S半導(dǎo)體

>>S金屬，但非線性（離散度大），測(cè)量范圍窄，適合微量測(cè)量；S金屬小，但測(cè)量范圍大。5）缺點(diǎn)：金屬式：橫向效應(yīng)大（機(jī)械滯后大）。半導(dǎo)體式：環(huán)境影響大，S離散，非線性。6）對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)：裝配工序?yàn)椋哼x粘合劑、清理、粘合、固化、防潮。三、輸出電路：橋式電橋電路四、應(yīng)用1．應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量（