第2章1 阻抗式传感器 2.1 电阻式传感器 2 2.2 电感式传感器 EATEOONONANAENAANEEEEEEENENEANNNNNN● 3 2.3 电容式传感器 年AAASN3NNN358N3N5838383●
第2章 阻抗式传感器 1 2.1 电阻式传感器 2.2 电感式传感器 3 2.3 电容式传感器 2
概远 基于元器件电阻变化的传感器十分常见， 这是因为许多物理量（力、力矩、位移、形变、 速度、加速度等)都会对材料的电阻产生影响。 ◆ 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转 换为电阻变化的传感器。 ◆传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件 构成。 ◆应变式传感器的灵敏度较高，目前已应用于各 种检测系统中
概述 基于元器件电阻变化的传感器十分常见， 这是因为许多物理量（力、力矩、位移、形变、 速度、加速度等）都会对材料的电阻产生影响。 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转 换为电阻变化的传感器。 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件 构成。 应变式传感器的灵敏度较高，目前已应用于各 种检测系统中
2.1电阻式传感器 2.1.1应变片式传感器 电阻应变片的工作原理是基于应变效应的， 即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发 生变化。 △L L 图2-1金属电阻丝应变效应图
2.1 电阻式传感器 2.1.1 应变片式传感器 电阻应变片的工作原理是基于应变效应的， 即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发 生变化。 图2-1 金属电阻丝应变效应图
2.1电阻式传感器 ◆金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为： R=PL (2-1) S 电阻丝的电阻率； L—电阻丝的长度； S—电阻丝的截面积。 ◆ 当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长△L,横截面 积相应减小△S,电阻率将因晶格发生变形等因 素而改变Ap,故引起电阻值相对变化量为： △R△L△S,△p (2-2) R
2.1 电阻式传感器 金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为: ρ——电阻丝的电阻率； L——电阻丝的长度； S——电阻丝的截面积。 当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长 ，横截面 积相应减小 ，电阻率将因晶格发生变形等因 素而改变 ，故引起电阻值相对变化量为: (2 1) L R S (2 2) R L S R L S L S
2.1电阻式传感器 ◆式中是长度相对变化量，用金属电阻丝的轴向 应变e表示，e数值一般很小表达式为： △L 8= (2-3) L ◆△S/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量，即： △S 2△r (2-4) S
2.1 电阻式传感器 式中 是长度相对变化量，用金属电阻丝的轴向 应变ε表示，ε数值一般很小表达式为： ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量，即： (2 3) L L L L 2 (2 4) S r S r
2.1电阻式传感器 ◆由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉 力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应 变和径向应变的关系可表示为： △r △L =一 (2-5) ●山一电阻丝材料的泊松比； ●一般金属u=02-0.5,负号表示应变方向相反。 ◆将式(2-3)、(2-4)、(2-5)代入式(2-2)，可得： △R R =(I+2W)E+2 (2-6)
2.1 电阻式传感器 由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉 力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应 变和径向应变的关系可表示为： ● μ—电阻丝材料的泊松比； ● 一般金属μ=0.2-0.5，负号表示应变方向相反。 将式(2-3)、 (2-4)、 (2-5)代入式(2-2)，可得： (2 5) r L r L (1 2 ) (2 6) R R
2.1电阻式传感器 ◆又因为 △plp=o=九E8 (2-7) -为压阻系数，与材质有关； σ为试件的应力； E为试件材料的弹性模量。 所以 △R =I+2u+元E)8 (2-8) ◆根据上述特点，测量应力或应变时，被测对象产 生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应变化。 ◆ 当测得应变片电阻值变化量△时，便可得到被测 对象的应变值
2.1 电阻式传感器 又因为 λ-为压阻系数，与材质有关； σ为试件的应力； E为试件材料的弹性模量。 所以 根据上述特点，测量应力或应变时，被测对象产 生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应变化。 当测得应变片电阻值变化量 时，便可得到被测 对象的应变值。 / (2 7) E (1 2 ) (2 8) R E R R
2.1电阻式传感器 ◆由前述可知： G=E·e ◆应力值σ正比于应变e,而试件应变ε正比于电阻 值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化，这 就是利用应变片测量应变的基本原理
2.1 电阻式传感器 由前述可知： 应力值σ正比于应变ε，而试件应变ε正比于电阻 值的变化，所以应力σ正比于电阻值的变化，这 就是利用应变片测量应变的基本原理。 E
2.1电阻式传感器 2.2.1电阻应变片的种类 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。 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等 部分组成，如图所示： 引线 覆盖层 基片 电阻丝式敏感栅 图2-2金属电阻应变片的结构图
2.1 电阻式传感器 2.2.1 电阻应变片的种类 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。 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等 部分组成，如图所示: 图2-2 金属电阻应变片的结构图
2.1电阻式传感器 敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的 基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两 端焊接引出导线。 金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜 式三种。 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一 种很薄的金属箔栅，厚度一般在0.002-0.01mm。 其优点是散热条件好，允许通过的电流较大， 便于批量生产，可制成各种所需的形状，如下 图所示：
2.1 电阻式传感器 敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的 基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两 端焊接引出导线。 金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜 式三种。 箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一 种很薄的金属箔栅，厚度一般在0.002-0.01mm。 其优点是散热条件好，允许通过的电流较大， 便于批量生产，可制成各种所需的形状，如下 图所示：