2.1 电阻应变式传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

2.1 电阻应变式传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握电阻应变式传感器的内容。 能力目标 理解和运用应变效应、测量转换电路、、温度补偿，以及应变片的种类、结构与粘贴等内容。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组讨论和总结应变片的种类、结构与粘贴。 新知学习 一 、应变效应 导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象称为应变效应。电阻应变片就是利用这一现象而制成的。用应变片测试时，将应变片粘贴在试件表面，当 试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，从而使应变片电阻值发生变化，再通过测量 转换电路转换成电压或电流的变化。电阻丝应变片是目前应用很广的一种电阻应变片。 新知学习 是用直径约为0.025 mm的具有高电阻率的电阻丝 制成的。为了获得高的电阻值，电阻丝排成栅网 状，并粘贴在绝缘基片上，线栅上面粘贴有覆盖 层(保护用),电阻丝两端焊有引出线。图中l 称 为应变片的标距或工作基长， b 称为应变片基宽， bxl 为应变片的使用面积。应变片规格一般以使用 面积或电阻值表示，如3mm×10 mm或120 Ω。 一 、应变效应 新知学习 金属丝应变片具有精度高、测量范围大、能适应各种环境、便于记录和处理等一系列优点，但却存在一大弱点，就是灵敏度低，为2.0～3.6。 一 、应变效应 新知学习 1. 应变片的结构类型 应变片可分为金属应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种，图为几种不同类型的电阻应变片。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 金属箔式应变片是采用光刻、腐蚀等工艺制成的一种箔栅，箔的厚度一般为0.003~ 0.01 mm。金属箔式电阻应变片由于它有散热好、允许通过较大电流、横向 效应小、疲劳寿命长、柔性好，并可做成基长很短或任意形状、工艺上适于大批量生产等优 点，因此得到广泛的应用，已逐渐代替丝式应变片。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的。其主要优点是灵敏度高，横向效应小， 易集成，与计算机接口方便；主要缺点是灵敏度的热稳定性差，电阻与应变间非线性严重，在 使用时，需要采用温度补偿及非线性补偿措施。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 随着半导体工业和集成电路的迅速发展， 一种很有发展前途的固态压阻式传感器正广泛得到应用。它是利用半导体的压阻效应进行工作的。固态压阻式传感器以单晶硅膜片作为敏感元 件，在该膜片上采用集成电路工艺制作成4个电阻，并组成惠斯通电桥。当膜片受力后，4个 电阻值发生相应变化，使电桥有输出。根据不同结构，它可用于测量压力、力、压差、加速度等。目前国内外都非常重视对它的研究，以扩大其应用范围。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 应变片主要技术参数 二 、应变片的种类、结构与粘贴 参数名称 电阻/Ω 灵敏度 电阻温度系数℃-1 极限工作温度℃ 最大工作电流mA PZ-120型 120 1.9～2.1 20×10- -10～40 20 PJ-120型 120 1.9~2.1 20×10-⁶ -10～40 20 BX-200型 200 1.9~2.2 —① -30～60 25 BA-120型 120 1.9～2.2 -30～200 25 BB-350型 350 1.9～2.2 -30～170 25 PBD-1K型 1000±10% 140±5% <0.4% <60 15 PBD-120型 120±10% 120±5% <0.2% <60 25 新知学习 2. 应变片的粘贴 应变片是通过粘合剂粘贴到试件上的，粘合剂的种类很多，选用时要根据基片材料、工作 温度、潮湿程度、稳定性、粘贴时间，是否加温加压等多种因素合理选择粘合剂。 应变处的粘贴质量直接影响应变测量的精度，必须十分注意。应变片的粘贴工艺包括：试 件贴片处的表面处理、贴片位置的确定、应变片的粘贴、固化等。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 2. 应变片的粘贴 应变片引出线的选择取决于电阻率的大小、焊接方便程度、可靠性及耐腐蚀性。引出线一 般多是直径为0.15～0.3 mm的镀锡软铜线。使用时，应变片粘贴连接好后，常把引出线与连 线电缆用胶布固定起来，以防止导体摆动时折断应变片引线，然后在应变片上涂一层防护层， 以防止大气对应变片的侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。 二 、应变片的种类、结构与粘贴 新知学习 三 、测量转换电路 常规应变片的电阻变化范围很小，因而测量转换电路应当能精确地测量出这些小的电阻变 化。在应变式传感器中，最常用的是桥式电路