傳感器原理及應(yīng)用第3章力壓力敏傳感器ppt課件

1、第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計分類：分類：按應(yīng)變片的基底材料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應(yīng)變片。按應(yīng)變片的基底材料可分為：紙基、膠基、浸膠基和金屬基應(yīng)變片。按應(yīng)變片工作的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應(yīng)變片。按應(yīng)變片工作的溫區(qū)可分為：低溫、常溫、中溫、及高溫應(yīng)變片。按應(yīng)變片敏感柵所用材料可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變按應(yīng)變片敏感柵所用材料可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片片按應(yīng)變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式）按應(yīng)變片安裝方法可分為：粘貼式與非粘貼式張絲式）第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計1.金屬

2、應(yīng)變計金屬應(yīng)變計是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器元件。是目前國內(nèi)外應(yīng)用數(shù)量最多的傳感器元件之一。器元件。是目前國內(nèi)外應(yīng)用數(shù)量最多的傳感器元件之一。A.金屬應(yīng)變計的基本原理金屬應(yīng)變計的基本原理金屬導(dǎo)體受外力作用時發(fā)生機(jī)械形變，導(dǎo)致其阻值大金屬導(dǎo)體受外力作用時發(fā)生機(jī)械形變，導(dǎo)致其阻值大小發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。小發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻：金屬導(dǎo)體的電阻：當(dāng)其受外力當(dāng)其受外力F時：時： 一般材料變形時，晶格畸變引起電阻率變化，使一般材料變形時，晶格畸變引起電阻率變化，使(d/)/有一定

3、值稱為壓阻系數(shù)，表示材料電阻率隨應(yīng)變有一定值稱為壓阻系數(shù)，表示材料電阻率隨應(yīng)變的變化，的變化，金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，則其電阻的相對變化率金屬的壓阻系數(shù)很小，可以忽略，則其電阻的相對變化率與金屬絲縱向應(yīng)變與金屬絲縱向應(yīng)變成正比。成正比。slRdRdssRdllRdR02121KddRdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計B.金屬應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和分類金屬應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和分類絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片(回線式和短接式兩種回線式和短接式兩種)第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計B.金屬應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和分類金屬應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)和分類箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片薄膜應(yīng)

4、變片薄膜應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片是利用薄膜工藝將應(yīng)變計材料直接沉積在彈性基底上薄膜應(yīng)變片是利用薄膜工藝將應(yīng)變計材料直接沉積在彈性基底上(0.0011.0um),利用光刻工藝形成應(yīng)變計圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應(yīng)變利用光刻工藝形成應(yīng)變計圖形。與傳統(tǒng)的粘貼式應(yīng)變計相比，薄膜應(yīng)變計具有無滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適合于用計相比，薄膜應(yīng)變計具有無滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適合于用來制作高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件來制作高內(nèi)阻、小型化、高精度和高穩(wěn)定性的力敏器件C.金屬應(yīng)變計的參數(shù)金屬應(yīng)變計的參數(shù)應(yīng)變片的電阻值應(yīng)變片的電阻值R0靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K0第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計

5、電阻應(yīng)變計C.金屬應(yīng)變計的參數(shù)金屬應(yīng)變計的參數(shù)機(jī)械滯后機(jī)械滯后蠕變和零漂蠕變和零漂在一定溫度下，粘好的應(yīng)變計在一定溫度下，粘好的應(yīng)變計在一定的機(jī)械應(yīng)變在一定的機(jī)械應(yīng)變(1000)長時間作用下，指示應(yīng)變隨時長時間作用下，指示應(yīng)變隨時間的變化稱為蠕變間的變化稱為蠕變(Dt),一般一般要求蠕變應(yīng)小于要求蠕變應(yīng)小于3 /h,也可也可用變化率用變化率(n= Dt /)來描述。來描述。 零點漂移是粘好的應(yīng)變計在一定溫度和無機(jī)械應(yīng)變時，指示應(yīng)變隨零點漂移是粘好的應(yīng)變計在一定溫度和無機(jī)械應(yīng)變時，指示應(yīng)變隨時間的變化。時間的變化。絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應(yīng)大于絕緣電阻：敏感柵與基底間的絕緣電阻應(yīng)大于1

6、010D.溫度和蠕變補(bǔ)償應(yīng)變計溫度和蠕變補(bǔ)償應(yīng)變計溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計2.半導(dǎo)體應(yīng)變計半導(dǎo)體應(yīng)變計A.半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，其晶格間距會發(fā)生變當(dāng)半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，其晶格間距會發(fā)生變化，使得其電阻率發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。化，使得其電阻率發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。 半導(dǎo)體材料的電阻在外力作用下的相對變化與金屬相同，半導(dǎo)體材料的電阻在外力作用下的相對變化與金屬相同，但半導(dǎo)體材料的電阻率的相對變化與應(yīng)力但半導(dǎo)體材料的電阻率的相對

7、變化與應(yīng)力s成正比，即：成正比，即：式中式中為材料的壓阻系數(shù)，那么：為材料的壓阻系數(shù)，那么：對于半導(dǎo)體材料，其壓阻系數(shù)對于半導(dǎo)體材料，其壓阻系數(shù)很大，很大，G主要由主要由E決定，即決定，即GE，一般在，一般在50100之間。之間。即：即：B.壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)EdGEdRdR2121dERdR第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C.半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片體型半導(dǎo)體應(yīng)變片一般擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計一般擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計SOI外延擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計外延擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計剪切型半導(dǎo)體應(yīng)變計剪切型半導(dǎo)體應(yīng)變計薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變計3.應(yīng)變計的測量原理

8、和測量電路應(yīng)變計的測量原理和測量電路A.直流電壓源單臂電橋直流電壓源單臂電橋 n=R1/R2B.半橋差動電橋和全橋差動電橋半橋差動電橋和全橋差動電橋當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=R4時：時：2220)1 (RRnnEU)(444332211RRRRRRRREe第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C. 應(yīng)變片應(yīng)用應(yīng)變片應(yīng)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C. 應(yīng)變片應(yīng)用應(yīng)變片應(yīng)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C. 應(yīng)變片應(yīng)用應(yīng)變片應(yīng)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C. 應(yīng)變片應(yīng)用應(yīng)變片

9、應(yīng)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計C. 應(yīng)變片應(yīng)用應(yīng)變片應(yīng)用第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計D. 關(guān)于扭矩測量關(guān)于扭矩測量通過測量軸表面通過測量軸表面的扭應(yīng)變測量扭矩的扭應(yīng)變測量扭矩DdDWDWWMEEEEEEEE16)(;16;111144331331311第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計D. 關(guān)于扭矩測量關(guān)于扭矩測量

10、應(yīng)變計的布置應(yīng)變計的布置和組橋方案和組橋方案第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計D. 關(guān)于扭矩測量關(guān)于扭矩測量扭矩值的標(biāo)定扭矩值的標(biāo)定1)直接標(biāo)定法2)并聯(lián)電阻標(biāo)定法3)小軸模擬標(biāo)定法4)應(yīng)變梁模擬標(biāo)定法第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計D. 關(guān)于扭矩測量關(guān)于扭矩測量信號的傳輸與集流裝置信號的傳輸與集流裝置第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計E. 測量電路測量電路調(diào)電橋平衡調(diào)電橋平衡第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計E. 測量電路測量電路信號的放大信號的放大反相比例放大：反相比例放大：Af=-Rf/R1同相比例放大：同相比例放大：Af=1+Rf/R1電壓跟隨器：電壓跟隨器：差動比例運(yùn)算電路差動比例運(yùn)算電路:Af=-Rf/R1567RfR1R2ViVo567RfR1R2ViVo567ViVo567RfR1R1V2VoV1Rf 第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計E. 測量電路測量電路信號采集信號采集第第3章章 力力/壓力敏傳感器壓力敏傳感器電阻應(yīng)變計電