传感器技术-电阻式传感器（学习笔记二）

传感器技术（学习笔记二）

电阻式传感器

传感器技术（学习笔记二）
3.1 电阻应变式传感器
- **3.1.1 电阻应变式传感器的工作原理**
- **3.1.2 电阻应变片的类型和结构**
- 3.1.3 电阻应变式传感器的测量转换电路
- 3.1.4 电阻应变式传感器的应用

电阻式传感器是指将各种类型的被测非电量（如力、形变、位移、速度和加速度等）的变化量，转换成与被测非电量有一定关系的电阻值的变化，电阻值的变化量可以反映被测非电量的变化。
电阻式传感器具有结构简单、性能稳定、灵敏度高的特点。常见的电阻式传感器包括电阻应变式传感器、热电阻式传感器、气敏电阻式传感器和湿敏电阻式传感器等。

3.1 电阻应变式传感器

电阻应变式传感器常用于测量力、力矩、加速度和质量等参数，它是利用导体或半导体的应变效应制成的，在测量微小变化量时是一种理想的传感器。

3.1.1 电阻应变式传感器的工作原理

应变效应是指导体或半导体材料在外界力的作用下，产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化的现象。设电阻丝长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，则电阻值为

3.1.2 电阻应变片的类型和结构

电阻应变片可分为金属应变片和半导体应变片两大类。金属应变片又可分为金属丝式、箔式、薄膜式三种。
1.金属应变片

（1）金属丝式应变片
金属丝式具应变片由金属电阻应变丝、基体、保护层和引线等部分组成，如图3-2所示。金属电阻应变丝又称为敏感栅，一般敏感栅的直径为0.015～0.05mm。制作时先将敏感栅粘贴在绝缘的基体上，为方便测量两端用引线引出，上面再加上保护层，防止外界环境影响其工作。其特点是蠕动较大，金属丝比较容易脱落，成本低，价格便宜。

（2）金属箔式应变片
如图3-3所示，金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺，在绝缘基片上制成很薄的金属箔敏感栅。与金属丝式应变片相比，它的优势在于敏感栅粘贴面积大，可以更好地随被测物体变形，横向效应小，散热条件好，允许通过的电流值较大，可根据实际需要制成各种形状，便于批量生产等，因此已逐渐取代金属丝式应变片

（3）金属薄膜式应变片

金属薄膜式应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等技术，在非常薄的绝缘基片上形成0.1 μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅，再加上保护层而制成的。它的优点是应变灵敏度高、方便批量生产，工作范围广。

2.半导体应变片
半导体应变片是用半导体材料制成的，测量原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料在受外力作用时，半导体材料的电阻率ρ发生变化的现象。它的优势在于灵敏度高、尺寸小、横向效应小、动态响应好，但是又有温度系数大，非线性比较严重等缺点。

3.1.3 电阻应变式传感器的测量转换电路

阻应变片受到外力作用时，产生的电阻应变很小，如果使用万用表测量其电阻变化量是十分困难的。要把电阻应变片的这些微小应变引起的微小电阻变化测量出来，同时还要将其转化为电压或电流变化，那么就需要采用桥式测量转换电路。如图3-4所示为电阻应变片的桥式测量转换电路，电阻R1、R2、R3、R4为电桥的四个桥臂上的电阻，Ui为电桥的输入电压，Uo为电桥的输出电压。

3.1.4 电阻应变式传感器的应用

1.应变式荷重传感器

2.应变式加速度传感器

3.压阻式压力传感器

4.生物医学的应用