《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程conceptofforcetransduce力敏傳感器的概念Sensorsapplicationtechnology1.

力敏傳感器的概念2.壓力、壓強的概念3.常用壓強單位換算表課程內(nèi)容CourseContents1.

力敏傳感器的概念2.壓力、壓強的概念3.常用壓強單位換算表課程內(nèi)容CourseContents1.力敏傳感器的概念力敏傳感器的概念

力敏傳感器是用來檢測氣體、固體、液體等物質(zhì)間相互作用力的傳感器。可用于測量位移、加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)，由于它們都與機械應(yīng)力有關(guān)，這類傳感器常被稱為力敏傳感器。1.力敏傳感器的概念2.壓力、壓強的概念3.常用壓強單位換算表課程內(nèi)容CourseContents2.壓力、壓強的概念壓力的概念

壓力在物理學(xué)方面指垂直作用在物體表面上的力。受力物是物體的支持面，作用點在接觸面上，方向垂直于接觸面，在受力物體是水平面的情況下，壓力（F）=物重（G）。在這種情況下，壓力單位為牛頓（簡稱牛字母為“N”）。1牛頓(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf).1千克力(kgf)=9.8牛頓(N)2.壓力、壓強的概念壓強的概念

物體單位面積上受到的壓力叫做壓強。1巴（bar）=1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（ATM）=1公斤/平方厘米=100千帕（KPa)=0.1兆帕（MPa）歐美等國家習(xí)慣使用psi（磅/平方英寸）作單位：1psi=6.895kPa1.力敏傳感器的概念2.壓力、壓強的概念3.常用壓強單位換算表課程內(nèi)容CourseContents3.常用壓強單位換算表常用壓強單位換算表電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Theapplicationofforcetransduce力敏傳感器的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology力敏傳感器的應(yīng)用

力敏傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。

力敏傳感器的應(yīng)用---稱重測量領(lǐng)域

稱重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過載報警、材料試驗機等領(lǐng)域。如：電子汽車衡、電子臺秤、電子叉車、動態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計價秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。力敏傳感器的應(yīng)用---壓力測量領(lǐng)域力敏傳感器的應(yīng)用---張力測量領(lǐng)域力敏傳感器的應(yīng)用---軍事領(lǐng)域電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Classificationofforcetransduce力敏傳感器的分類Sensorsapplicationtechnology1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents1.應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents2.壓阻式傳感器壓阻式傳感器

是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents3.電感式傳感器電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents4.電容式傳感器電容式傳感器

是把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents5.壓電式傳感器壓電式傳感器

是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。1.應(yīng)變式傳感器2.壓阻式傳感器3.電感式傳感器4.電容式傳感器5.壓電式傳感器6.諧振式傳感器課程內(nèi)容CourseContents6.諧振式傳感器諧振式傳感器利用諧振元件把被測參量轉(zhuǎn)換為頻率信號的傳感器，又稱頻率式傳感器。當(dāng)被測參量發(fā)生變化時，振動元件的固有振動頻率隨之改變，通過相應(yīng)的測量電路，就可得到與被測參量成一定關(guān)系的電信號。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程structureofresistancestrainsensor電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)Sensorsapplicationtechnology1.

應(yīng)變片的種類2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容CourseContents1.

應(yīng)變片的種類2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容CourseContents1.應(yīng)變片的種類

應(yīng)變片的種類按材料分：金屬式體型——絲式、箔式、薄膜型；半導(dǎo)體式體型——薄膜型、擴散型、外延型、PN結(jié)型。1.應(yīng)變片的種類2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容CourseContents2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層、引線和黏合劑等部分組成,如圖所示。2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片構(gòu)成材料

敏感柵作用：將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻量要求：靈敏系數(shù)大且穩(wěn)定，電阻率高，電阻溫度系數(shù)小，易加工成細絲和箔材，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。材料：銅鎳合金、鎳鉻合金等2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片構(gòu)成材料

基片作用：保持敏感柵、引線的幾何形狀及其相對位置，被測構(gòu)件上的應(yīng)變不失真地傳遞到敏感柵上。要求：使敏感柵與彈性體之間具有足夠高的電絕緣性能；材料：紙或有機高分子材料，如環(huán)氧樹脂等。2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片構(gòu)成材料引線作用：連接敏感柵和測量電路要求：靈敏系數(shù)大且穩(wěn)定，電阻率高，電阻溫度系數(shù)小，具有良好的焊接性能和抗氧化性能。材料：紫銅，表面鍍錫或鍍銀，便于焊接。2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

金屬電阻應(yīng)變片構(gòu)成材料粘結(jié)劑作用：將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。用于使用金屬應(yīng)變片時，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個方向和位置上。要求：將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計的基底和敏感柵。材料：分為有機和無機兩大類。有機粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機硅樹脂，聚酰亞胺等。無機粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Parametersofresistancestrainsensor電阻應(yīng)變式傳感器的參數(shù)Sensorsapplicationtechnology1.

幾何尺寸2.應(yīng)變片電阻值3.絕緣電阻4.靈敏系數(shù)5.應(yīng)變極限課程內(nèi)容CourseContents6.最大工作電流7.

極限工作溫度8.機械滯后9.零漂10.蠕變

1.幾何尺寸

幾何尺寸柵長柵寬基底長基底寬2.應(yīng)變片電阻值

應(yīng)變片電阻值沒有安裝也不受外力情況下，于室溫時測定的電阻值；電阻值大，可承受的電壓值大，但提高電阻值會使敏感柵尺寸變大；常見值：60、120、200、350、500、1000（Ω），其中120和350Ω最常見。3.絕緣電阻

絕緣電阻敏感柵與基底之間的電阻值一般大于1010Ω4.靈敏系數(shù)

靈敏系數(shù)

將電阻應(yīng)變計安裝在構(gòu)件表面，在應(yīng)變計軸線方向的單向應(yīng)力作用下，敏感柵的電阻變化率和引起此電阻變化的構(gòu)件表面在應(yīng)變計軸線方向的應(yīng)變ε之比，稱為電阻應(yīng)變計的靈敏系數(shù)K即

它表示電阻應(yīng)變計輸出信號與輸入信號在數(shù)量上的關(guān)系，是電阻應(yīng)變計的主要工作特性之一。5.應(yīng)變極限

應(yīng)變極限指在一定的溫度下，指示應(yīng)變值與真實應(yīng)變的相對差值不超過規(guī)定值（一般為10％）時的最大真實應(yīng)變值.εj真實應(yīng)變εg指示應(yīng)變εi100%190%6.最大工作電流

最大工作電流應(yīng)變片不因電流產(chǎn)生的熱量而影響測量精度所允許通過的最大電流。靜態(tài)測量時，最大工作電流為25mA；在動態(tài)測量時，可達75～100mA。7.極限工作溫度

極限工作溫度應(yīng)變片在規(guī)定條件下，能保持其工作特性不變或在允許范圍內(nèi)變化的最高工作溫度或最低工作溫度。8.機械滯后

機械滯后應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后。ΔεΔε1機械應(yīng)變εR卸載加載指示應(yīng)變εi8.機械滯后

機械滯后產(chǎn)生原因：

應(yīng)變片在承受機械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。機械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實驗之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。9.零漂

零漂：對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點漂移。產(chǎn)生的原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。

10.蠕變

蠕變：如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機械應(yīng)變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。產(chǎn)生的原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。

電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Principleofresistancestrainsensor電阻應(yīng)變式傳感器的原理Sensorsapplicationtechnology1.

幾個基本概念2.電阻的應(yīng)變效應(yīng)3.應(yīng)變片測量原理課程內(nèi)容CourseContents1.

幾個基本概念2.電阻的應(yīng)變效應(yīng)3.應(yīng)變片測量原理課程內(nèi)容CourseContents1.幾個基本概念

幾個基本概念1.

應(yīng)變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。2.彈性應(yīng)變：當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變。3.彈性元件：具有彈性應(yīng)變特性的物體。4.彈性模量：單向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變。5.泊松比：泊松比是指材料在單向受拉或受壓時，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對值的比值，也叫橫向變形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。1.幾個基本概念2.電阻的應(yīng)變效應(yīng)3.應(yīng)變片測量原理課程內(nèi)容CourseContents2.電阻的應(yīng)變效應(yīng)

電阻的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)：即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化金屬絲的電阻:式中：ρ——電阻絲的電阻率；

l——電阻絲的長度；A——電阻絲的截面積。

1.幾個基本概念2.電阻的應(yīng)變效應(yīng)3.應(yīng)變片測量原理課程內(nèi)容CourseContents3.應(yīng)變片測量原理

應(yīng)變片的測量原理應(yīng)變片測量原理：在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，貼在對象上的應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化，同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為ΔR時，便可得到被測對象的應(yīng)變值，進而得到產(chǎn)生該應(yīng)變的外力。結(jié)構(gòu)：應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Principleandstructureofpiezoresistivesensor壓阻傳感器的原理與結(jié)構(gòu)Sensorsapplicationtechnology1.

壓阻式傳感器的工作原理2.壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)3.壓阻式傳感器的特點4.壓阻式傳感器的制造工藝5.壓阻式傳感器的測量電路課程內(nèi)容CourseContents1.壓阻式傳感器的工作原理

壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。壓阻式傳感器的工作原理壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡圖1—低壓腔2—高壓腔3—硅杯4—引線5—硅膜片2.壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)

壓阻傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線（如圖）。壓阻式壓力傳感器又稱為固態(tài)壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測壓力的。圖中硅膜片的一面是與被測壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設(shè)計成周邊固支的圓形。在圓形硅膜片(N型)定域擴散4條P雜質(zhì)電阻條,并接成全橋，其中兩條位于壓應(yīng)力區(qū)，另兩條處于拉應(yīng)力區(qū)，相對于膜片中心對稱。3.壓阻式傳感器的特點優(yōu)點:

體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動態(tài)響應(yīng)也好，靈敏度高，能測出十幾帕的微壓，長期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低。缺點：測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響。智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對非線性和溫度進行補償。壓阻式傳感器的特點4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---真空蒸鍍

在真空室內(nèi),將待蒸發(fā)的材料置于鎢絲制成的加熱器上加熱,當(dāng)真空度抽到0.0133Pa以上時,加大鎢絲的加熱電流,使材料融化,繼續(xù)加大電流使材料蒸發(fā),在基底上凝聚成膜。1—真空室,2—基底,3—鎢絲,4—接高真空泵。4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---濺射

在低真空室中,將待濺射物制成靶置于陰極,用高壓（通常在1000V以上）使氣體電離形成等離子體,等離子中的正離子以高能量轟擊靶面,使靶材的原子離開靶面,淀積到陽極工作臺上的基片上,形成薄膜。1—靶,2—陰極,3—直流高壓,4—陽極,5—基片,6—惰性氣體入口,7—接真空系統(tǒng)。4.壓阻式傳感器的制造工藝1.薄膜技術(shù)---化學(xué)氣相淀積

化學(xué)氣相淀積是將有待積淀物質(zhì)的化合物升華成氣體,與另一種氣體化合物在一個反應(yīng)室中進行反應(yīng),生成固態(tài)的淀積物質(zhì),淀積在基底上生成薄膜。1—反應(yīng)氣體A入口,2—分子篩,3—混合器,4—加熱器,5—反應(yīng)室,6—基片,7—閥門,8—反應(yīng)氣體B入口4.壓阻式傳感器的制造工藝2.微細加工技術(shù)---體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工

體型結(jié)構(gòu)腐蝕加工常用化學(xué)腐蝕液（濕法）和離子刻蝕（干法）技術(shù)（采用惰性氣體）。4.壓阻式傳感器的制造工藝2.微細加工技術(shù)---表面腐蝕加工

該工藝的特點是利用稱為“犧牲層”的分離層,形成各種懸式結(jié)構(gòu)。5.壓阻式傳感器的測量電路壓阻式傳感器的測量電路電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Piezoresistiveeffectandapplicationofpiezoresistivesensor壓阻效應(yīng)與壓阻傳感器的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.

半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)2.半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)的特點3.壓阻式傳感器4.壓阻式傳感器的應(yīng)用課程內(nèi)容CourseContents1.半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)

是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

它是C.S史密斯在1954年對硅和鍺的電阻率與應(yīng)力變化特性測試中發(fā)現(xiàn)的。壓阻效應(yīng)的強弱可以用壓阻系數(shù)π來表征。壓阻系數(shù)π被定義為單位應(yīng)力作用下電阻率的相對變化。壓阻效應(yīng)有各向異性特征，沿不同的方向施加應(yīng)力和沿不同方向通過電流，其電阻率變化會不相同。半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)2.半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)的特點優(yōu)點：①靈敏度與精度高。②易于小型化和集成化。③結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，在幾十萬次疲勞試驗后，性能保持不變。④動態(tài)特性好，其響應(yīng)頻率為103～105Hz。缺點：對溫度很敏感，溫度誤差較大，必須要有溫度補償。壓阻效應(yīng)被用來制成各種壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度傳感器，把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號。

半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)的特點3.壓阻傳感器

是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。壓阻傳感器4.壓阻傳感器的應(yīng)用

壓阻式傳感器廣泛地應(yīng)用于航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫(yī)學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測量等各個領(lǐng)域。

在航天和航空工業(yè)中壓力是一個關(guān)鍵參數(shù)，對靜態(tài)和動態(tài)壓力，局部壓力和整個壓力場的測量都要求很高的精度。壓阻式傳感器是用于這方面的較理想的傳感器。在生物醫(yī)學(xué)方面，壓阻式傳感器也是理想的檢測工具。已制成擴散硅膜薄到10微米，外徑僅0.5毫米的注射針型壓阻式壓力傳感器和能測量心血管、顱內(nèi)、尿道、子宮和眼球內(nèi)壓力的傳感器。還有效地應(yīng)用于爆炸壓力和沖擊波的測量、真空測量、監(jiān)測和控制汽車發(fā)動機的性能以及諸如測量槍炮膛內(nèi)壓力、發(fā)射沖擊波等兵器方面的測量。此外，在油井壓力測量、隨鉆測向和測位地下密封電纜故障點的檢測以及流量和液位測量等方面都廣泛應(yīng)用壓阻式傳感器。壓阻傳感器的應(yīng)用4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于飛機的風(fēng)洞實驗4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于爆炸沖擊波的測量4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于地震監(jiān)測4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于自動供水系統(tǒng)4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)4.壓阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Measuringcircuitofresistancetypesensor電阻式傳感器的測量電路Sensorsapplicationtechnology1.

溫度誤差2.溫度的補償3.測量電路4.電子秤的結(jié)構(gòu)圖5.電子秤的原理框圖課程內(nèi)容CourseContents1.溫度誤差

用作測量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。溫度誤差2.溫度的補償

材料的被測試件，其線膨脹系數(shù)都為確定值，可以在有關(guān)的材料手冊中查到。在選擇應(yīng)變片時，若應(yīng)變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，并使其電阻溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)滿足條件，即可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應(yīng)變片稱為單絲自補償應(yīng)變片。單絲自補償應(yīng)變片的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用都比較方便，但它必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用，否則不能達到溫度自補償?shù)哪康摹?/p>

單絲自補償應(yīng)變片2.溫度的補償

由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償?shù)模鐖D。這種應(yīng)變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反。

雙絲組合式自補償應(yīng)變片焊點RaRb2.溫度的補償

采用熱敏電阻進行補償熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。

電路補償法(1)USCR2R4R1R3ERtR52.溫度的補償

測量應(yīng)變時，使用兩個應(yīng)變片，一片貼在被測試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，圖中R2，稱為補償應(yīng)變片。在工作過程中補償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。由于R1與R2接入電橋相鄰臂上，造成ΔR1t與ΔR2t相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓USC與溫度無關(guān)。當(dāng)工作應(yīng)變片感受應(yīng)變時，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電壓。

電路補償法(2)補償應(yīng)變片粘貼示意圖R1R22.溫度的補償

為達到完全補償，需滿足下列三個條件：

①R1和R2須屬于同一批號的，即它們的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；

②用于粘貼補償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；

③兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。

電路補償法(2)

此方法簡單易行，能在較大溫度范圍內(nèi)進行補償。缺點是三個條件不易滿足，尤其是條件③。在某些測試條件下，溫度場梯度較大，R1和R2很難處于相同溫度點。2.溫度的補償

不另加專門的補償塊，而是將補償片貼在被測試件上，這樣既能起到溫度補償作用，又能提高輸出的靈敏度。

電路補償法(3)

圖(a)為一個梁受彎曲應(yīng)變時，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對值相等，符號相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時，應(yīng)變片R1和R2的阻值變化的符號相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達到了補償?shù)哪康摹D(b)是受單向應(yīng)力的構(gòu)件，將工作應(yīng)變片R2的軸線順著應(yīng)變方向，補償應(yīng)變片R1的軸線和應(yīng)變方向垂直，R1和R2接入電橋相鄰臂。3.測量電路

應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻相對變化ΔR/R，要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電測儀表進行測量。電阻應(yīng)變片的測量線路多采用交流電橋(配交流放大器)，其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡單，因此首先分析直流電橋，如圖所示。當(dāng)電源E為電勢源，其內(nèi)阻為零時，可求出檢流計中流過的電流Ig與電橋各參數(shù)之間的關(guān)系為:

測量電路

R2R4R1R3E電橋線路原理圖RgACDIgB3.測量電路

為了減少溫度影響，壓阻器件一般采用恒流源供電，如圖所示。電橋中兩個支路的電阻相等，即RABC=RADC=2（R+ΔRT），故有：因此，電橋的輸出為：整理后得USC=IΔR

實際測量電路USCR－ΔR+ΔRTACDBR－ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTR+ΔR+ΔRTEI

可見，電橋輸出與電阻變化成正比，即與被測量成正比，與恒流源電流成正比，即與恒流源電流大小和精度有關(guān)。但與溫度無關(guān)，因此不受溫度的影響。但是，壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移，因此必須采取溫度補償措施。4.電子秤的結(jié)構(gòu)圖電子秤結(jié)構(gòu)圖5.電子秤的原理框圖電子秤的原理框圖電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程StructureandPrincipleofCapacitivePressureSensor電容式壓力傳感器結(jié)構(gòu)與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識2.基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識2.

基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識電容式傳感器電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化；它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。1.

基礎(chǔ)知識電容式傳感器的種類d、s、ε三個參數(shù)中任一個的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型面積變化型介質(zhì)變化型1.基礎(chǔ)知識2.

基本特性3.工作原理4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.

基本特性電容式傳感器特點溫度穩(wěn)定性好，一般與電極材料無關(guān)，僅取決于電極的幾何尺寸，且空氣

等介質(zhì)損耗很小。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，易于制造。靜電引力?。簞討B(tài)響應(yīng)好、響應(yīng)時間短，固有頻率很高，能在幾MHz的頻率下工作?？梢詫崿F(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。

輸出阻抗高，負載能力差。寄生電容影響大，降低了傳感器的靈敏度。輸出特性非線性1.基礎(chǔ)知識2.基本特性3.工作原理4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents電容式壓力傳感器的工作原理電容式壓力傳感器，是一種可以利用電容敏感的原件把被測量的壓力轉(zhuǎn)換成為跟它有一定的關(guān)系的電信號輸出的精密測量儀器。它通常是使用鍍金屬薄膜或者是圓形金屬薄膜來做電容器的其中一個電極。在薄膜受到壓力時，會發(fā)生變形，此時薄膜跟固定的電極間所產(chǎn)生的電容量就會發(fā)生改變。測量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器是極距變化型的電容式傳感器，有差動電容式和單電容式之分。3.

工作原理單電容式壓力傳感器的工作原理它是由固定的電極和圓形的薄膜組成的。當(dāng)受到壓力作用的時候，薄膜就會發(fā)生變形，這樣就會改變電容器的容量。它的靈敏度大概是跟薄膜與固定的電極之間的距離和薄膜的張力成反比關(guān)系的；而跟壓力和薄膜的面積成正比關(guān)系的。3.

工作原理差動電容式壓力傳感器的工作原理差動電容式壓力傳感器，頻率通常在100KHz左右，采用雙電容平板的結(jié)構(gòu)，其受壓膜片電極是處于兩個固定的電極之間的，可以形成兩個電容器。當(dāng)受到壓力作用的時候，其中一個電容器的容量就會變大，而另一個電容器的容量就會相應(yīng)地變小，其測量結(jié)果是由差動式的電路輸出。相對于其他壓力傳感器其靈敏度明顯提高。3.

工作原理1.基礎(chǔ)知識2.基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents電容壓力傳感器之電子血壓計——SENSOR1014.應(yīng)用分析系統(tǒng)無需A/D轉(zhuǎn)換器即可達到16BIT的分辨率，壓力測量范圍：0~40kPa/0~300mmHg；廣泛用于電子血壓計和壓力計。微壓力變送器4.應(yīng)用分析微壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種壓力傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、液壓機械、除塵設(shè)備等眾多行業(yè)電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程StructureandPrincipleofInductivePressureSensor電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識2.基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識2.

基本特性3.霍爾傳感器4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.