應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用及電子秤的設(shè)技-文庫吧
2025-09-30 01:19 本頁面
【正文】 80 年代 ,與國外先進技術(shù)相比 ,我們還有較大差距 ,主要表現(xiàn)在 : (1)先進的計算、模擬和設(shè)計方法 。 (2)先進的微機械加工技術(shù)與設(shè)備 。 (3)先進的封裝技術(shù)與設(shè)備 。 (4)可靠性技術(shù)研究等方面。因此 ,必須加強技術(shù)研究和引進先進設(shè)備 ,以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有幾方面 : 4 :通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科 ,各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用 ,可望研制出一批基于新型敏感材料的先進 傳感器。 :研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn) 自動化的可靠性。 :通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點。 :傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化 ,工作時離不開電源 ,開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。 :隨著現(xiàn)代化的發(fā)展 ,傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能 ,其輸出不再是一個單一的模擬信號 (如 010mV),而是經(jīng)過微電腦處理好后 的數(shù)字信號 ,有點甚至帶有控制功能 ,即智能傳感器。 第二章 測試電路及其原理 硬件設(shè)備 主機箱中的 177。 2V～177。 10V（步進可調(diào)） 直流穩(wěn)壓電源、177。 15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼 。 應(yīng)變片基本原理 電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩 、重量等，在機械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。 應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng) 所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導體或半導體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導體為例：設(shè)其長為： L、半徑為 r、材料的電阻率為ρ時，根據(jù)電阻的定義式得 （ 1— 1） 5 當導體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時，其長度 L、截面積 A 和電阻率ρ的變化為 dL、 dA、 dρ相應(yīng)的電阻變化為 dR。對式（ 1— 1）全微分得電阻變化率 dR/R 為： （ 1— 2） 式中： dL/L 為導體的軸向應(yīng)變量ε L。 dr/r 為導體的橫向應(yīng)變量ε r 由材 料 力 學 得 ： ε L= μεr (1— 3) 式中：μ為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為 ～ 左右；負號表示兩者的變化方向相反。將式（ 1— 3）代入式（ 1— 2）得： （ 1— 4） 式（ 1— 4）說明電阻應(yīng) 變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導電性能（壓阻效應(yīng)）。 應(yīng)變靈敏度 它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對變化量。 (1)、金屬導體的應(yīng)變靈敏度 K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （ 1— 5） 其靈敏度系數(shù)為： K= 金屬導體在受到應(yīng)變作用時將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在 2 左右。 (2)、半導體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)； dR/R≈ dρ ?ρ。半導體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因為它有遠比金屬導體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導體的導電機理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導 體的壓阻效應(yīng) 。不同材質(zhì)的半導體材料在不同受力條件下產(chǎn)6 生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負（使電阻減小）的壓阻效應(yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導體將得到完全相反的電阻變化效果。 半導體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在 100到 200 左右。 貼片式應(yīng)變片應(yīng)用 在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬 箔式應(yīng)變片，貼片式半導體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。一般半導體應(yīng)變采用 N 型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴散出半導體電 阻應(yīng)變薄膜（擴散出敏感柵），制成擴散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。
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