精品中职 《传感器与检测技术 》教学课件项目02 电阻式传感器的应用

传感器与检测技术 1 任务一 传感器与检测技术 任务二 热电阻在温度检测中的应用 任务三 气敏电阻在酒精浓度检测中的应用 项目二 电阻式传感器的应用 目 录 　　通过本项目的学习，让学生学习到电阻应变片式传感器在简易电子秤中的应用热电阻在温度检测中的，应用气敏电阻在酒精浓度检测中的应用，让学生由理论联系实践，在教学过程中培养学生自主性、研究性学习方法和思想。 学习重点 项目二 电阻式传感器的应用 　　导体或半导体材料在受到外界力（拉力或压力）作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应。 　　导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单：　因为导体和半导体的电阻 与电阻率ρ及其几何尺寸（其中l为导体或半导体长度，A为其截面积）有关，当导体或半导体在受外力作用时，这三者都会发生变化，如图所示，所以才会引起电阻的变化。通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。 一、应变效应 任务一 传感器与检测技术 未受力之前的金属电阻丝的电阻R为 电阻应变效应示意图 一、应变效应 任务一 传感器与检测技术 　　实际应用时，通常将电阻丝做成电阻应变片后用于测量机械应变。以电阻丝应变片为例，如图所示的是电阻丝应变片的结构示意图。将金属电阻丝排列成栅网状粘贴在绝缘基片上，上面覆盖一层薄膜，电阻丝两端焊有引出线，使它们变成一个整体，这就是电阻丝应变片的基本结构。图中电阻丝应变片的有效工作部分，称为敏感栅，l为敏感栅的长度，b为敏感栅的宽度。 二、电阻应变片的测量原理 任务一 传感器与检测技术 电阻丝应变片的结构示意图 1—基片2—直径为0.025 mm左右高电阻率的合金电阻丝 　　3—覆盖层4—引线，用以和外接导线连接 二、电阻应变片的测量原理 任务一 传感器与检测技术 　　用应变片测量试件的应变或应力时，将电阻应变片贴在试件表面，在外力作用下，试件产生微小机械变形，应变片随其发生相同的变化，　导致应变片电阻也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量ΔR时，便可得到试件的应变值ε，根据应力和应变的关系，得到应力值F为　　 　　式中： F—试件的受力； 　　ε—试件的应变； 　　E—试件材料的弹性模量（kg/mm2）; 　　A—试件的横截面积。 二、电阻应变片的测量原理 任务一 传感器与检测技术 　　由此可知，试件受力F正比于电阻值的相对变化量变化ΔR/R。在应变片的灵敏度K0和试件的横截面积A以及弹性模量E均已知的情况下，只要测得ΔR/R的数值，即可以得到试件所受的应力F的数值。 二、电阻应变片的测量原理 任务一 传感器与检测技术 　　电阻应变片种类繁多，形式多样，但常用的应变片可分为两类：　金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片根据敏感栅不同分为丝式、箔式和薄膜式三种，如图所示。 电阻应变片 　1—焊接电极；2—基底；3—半导体 三、电阻应变片的种类结构 任务一 传感器与检测技术 　　金属丝式应变片使用最早，有纸基和胶基之分。金属丝式应变片由于蠕变较大,逐渐被横向效应小、 其他方面性能更优越的箔式应变片所代替。 　　箔式应变片的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属薄栅（厚度一般在0.003～0.01mm）。材料多为电阻率较高、热稳定性好的铜镍合金（康铜）。金属箔式应变片线栅的尺寸正确、 线条均匀，可根据需要制成任意形状的箔式应变片和微型小基长（如基长为0.1mm）的应变片，敏感栅截面积为矩形, 表面积大, 散热好, 便于批量生产, 生产效率高。 三、电阻应变片的种类结构 任务一 传感器与检测技术 　　薄膜式应变计采用真空溅射或真空沉积技术, 在薄的绝缘基片上蒸镀金属电阻薄膜（厚度在零点几纳米到几百纳米）, 再加上保护层制成。 其优点是灵敏度高, 允许通过的电流密度大, 工作温度范围广, 可工作于-197～317℃, 也可用于核辐射等特殊情况下。 　　半导体电阻应变片则是用锗或硅等半导体材料作为敏感栅，灵敏度较大，机械滞后小、频率响应快，电阻值变化范围较宽，容易小型化；但是热稳定性差，测量误差较大。　 三、电阻应变片的种类结构 任务一 传感器与检测技术 　　由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻值的变化直接使用欧姆表测量出来非常困难。因此要把电阻相对的变化ΔR/R测量出来需要设计专用的测量电路，通常我们采用不平衡电桥来测量微小的电阻值变化。 　　直流电桥的基本形式如图（a）所示。R1、R2、R3、R4称为电桥的桥臂，RL为其负载（可以是测量仪表内阻或其它负载）。 　　当RL→∞（开路）时,电桥的输出电压U0应为 　　当电桥平衡时，U0=0，由上式可得到R1•R3= R2•R4或R1/R2=R4/R3 　　上式称为电桥平衡条件。 四、电