•                            電阻式傳感器

  
  

     把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應(yīng)變式傳感器、電位器式傳感器（見(jiàn)位移傳感器）和錳銅壓阻傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路組成的測(cè)力、測(cè)壓、稱(chēng)重、測(cè)位移、加速度、扭矩等測(cè)量?jī)x表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國(guó)防等部門(mén)進(jìn)行自動(dòng)稱(chēng)重、過(guò)程檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化不可缺少的工具之一。

工作原理

    金屬體都有一定的電阻，電阻值因金屬的種類(lèi)而異。同樣的材料，越細(xì)或越薄，則電阻值越大。當(dāng)加有外力時(shí)，金屬若變細(xì)變長(zhǎng)，則阻值增加；若變粗變短，則阻值減小。如果發(fā)生應(yīng)變的物體上安裝有金屬電阻，當(dāng)物體伸縮時(shí)，金屬體也按某一比例發(fā)生伸縮，因而電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。

分類(lèi)

    電阻式傳感器  按其工作原理可分為：電阻應(yīng)變式；電位計(jì)式；熱電阻式；半導(dǎo)體熱能電阻傳感器等。

結(jié)構(gòu)

    結(jié)構(gòu)：由電阻元件及電刷(活動(dòng)觸點(diǎn))兩個(gè)基本部分組成。電刷相對(duì)于電阻元件的運(yùn)動(dòng)可以是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)，因而可以將直線(xiàn)位移或角位移轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。

電位器的結(jié)構(gòu)與材料

（1）電阻絲: 康銅絲、鉑銥合金及卡瑪絲等

（2）電刷: 常用銀、鉑銥、鉑銠等金屬

（3）骨架:常用材料為陶瓷、酚醛樹(shù)脂、夾布膠木等絕緣材料，骨架的結(jié)構(gòu)形式很多,常用矩形。

應(yīng)用

    電阻式傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路組成的測(cè)力、測(cè)壓、稱(chēng)重、測(cè)位移、加速度、扭矩等測(cè)量?jī)x表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國(guó)防等部門(mén)進(jìn)行自動(dòng)稱(chēng)重、過(guò)程檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化不可缺少的工具之一。 

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

(1) 有較大的非線(xiàn)性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。

(2) 電阻應(yīng)變式傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化

缺點(diǎn)

（1）對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線(xiàn)性、但輸出信號(hào)較弱。

（2）隨著時(shí)間和環(huán)境的變化，構(gòu)成傳感器的材料和器件性能會(huì)發(fā)生變化。因此不適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，因?yàn)闀r(shí)漂、溫漂較大，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)的話(huà)可能就無(wú)法取得真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。

（3）易受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)、輻射、氣壓、聲壓、氣流等的影響。

其他種類(lèi)

光敏

（1）光敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)

     光敏電阻傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)包括光源,光學(xué)通路和光電元件三部分，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

     由于光敏電阻傳感器是一種依靠被測(cè)物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來(lái)達(dá)到測(cè)量目的的，因此光敏電阻傳感器的光源扮演著很重要的角色，光敏電阻傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種：

     發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。

    絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線(xiàn)。如果選用的光電元件對(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見(jiàn)光濾除，而僅用它的紅外線(xiàn)做光源，這樣，可有效防止其他光線(xiàn)的干擾。

（2）光敏電阻傳感器工作原理

    由于光敏電池即使在強(qiáng)光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級(jí)晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無(wú)光照時(shí)承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個(gè)電阻?；蛘呃面N[注1]二極管產(chǎn)生的正向壓降和光電池受到光照時(shí)產(chǎn)生的電壓疊加，使硅管e、b極間電壓大于0.7V，而導(dǎo)通工作。

    半導(dǎo)體光電元件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運(yùn)算放大器。硅光敏二極管通過(guò)集成運(yùn)放可得到較大輸出幅度，當(dāng)光照產(chǎn)生的光電流為時(shí)，輸出電壓為了保證光敏二極管處于反向偏置，在它的正極要加一個(gè)負(fù)電壓，由于光電池的短路電流和光照成線(xiàn)性關(guān)系，因此將它接在運(yùn)放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點(diǎn)，可以得到較好的效果。

（3）光敏電阻傳感器特性及應(yīng)用

     隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對(duì)測(cè)量精度有了更高的要求，這就促使光電傳感器不得不隨著時(shí)代步伐而更新，改善光電傳感器性能的主要手段就是應(yīng)用新材料、新技術(shù)制造性能更優(yōu)越的光電元件。例如今天光電傳感器的雛形，是一種小的金屬圓柱形設(shè)備,發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源的一種堅(jiān)固的白熾燈傳感器。由于這種傳感器存在各種缺陷，逐漸在測(cè)量領(lǐng)域銷(xiāo)聲匿跡。到了光纖出現(xiàn)，因?yàn)樗母鞣N優(yōu)越的性能，于是出現(xiàn)了光纖與傳感器配套使用的無(wú)源元件,另外光纖不受任何電磁信號(hào)的干擾,并且能使傳感器的電子元件與其他電的干擾相隔離。正是因?yàn)檫@樣，光電傳感器具有其他傳感器所不能取代優(yōu)越性，因此它發(fā)展前景非常好，應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

熱敏

（1） 熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)

    普通型熱電阻由感溫元件（金屬電阻絲）、支架、引出線(xiàn)、保護(hù)套管及接線(xiàn)盒等基本部分組成。為避免電感分量，熱電阻絲常采用雙線(xiàn)并繞，制成無(wú)感電阻。

（2）熱敏電阻傳感器工作原理

    在金屬中，載流子[注2]為自由電子，當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí)），但每個(gè)自由電子的動(dòng)能將增加，因而在一定的電場(chǎng)作用下，要使這些雜亂無(wú)章的電子作定向運(yùn)動(dòng)就會(huì)遇到更大的阻力，導(dǎo)致金屬電阻值隨溫度的升高而增加。熱電阻就要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來(lái)測(cè)量溫度的。

    熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的是載流子，由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子數(shù)目少得多，所以它的電阻率大。隨溫度的升高，半導(dǎo)體中更多的價(jià)電子受熱激發(fā)躍遷到較高能級(jí)而產(chǎn)生新的電子—空穴[注3]對(duì)，因而參加到電的載流子數(shù)目增加了，半導(dǎo)體的電阻率也就降低了（電導(dǎo)率增加）。因?yàn)檩d流子數(shù)目隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律增加，所以半導(dǎo)體的電阻率也就隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律下降。熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體這種載流子數(shù)隨溫度變化而變化的特性制成的一種溫度敏感元件。當(dāng)溫度變化1℃時(shí)，某些半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值變化將達(dá)到（3～6）%。在一定條件下，根據(jù)測(cè)量熱敏電阻值的變化得到溫度的變化

（3）熱敏電阻傳感器特性及應(yīng)用

    熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。主要用途有測(cè)溫、溫度補(bǔ)償、過(guò)熱保護(hù)、液面的測(cè)量。

在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。熱電阻傳感器具有電阻溫度系數(shù)大、線(xiàn)性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。

發(fā)展前景

   普通電阻傳感器朝向高精度、使用方便快捷、省力方向發(fā)展。而電阻傳感器是一種把應(yīng)變信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的敏感元件 ,因此適用于制作各種傳感器 ,電阻傳感器主要用于測(cè)力、壓力 、加速度 、位移、扭矩等 。過(guò)去電阻傳感器主要用于試驗(yàn)研究工作 ,而現(xiàn)在 ,經(jīng)常用于工業(yè)檢測(cè)以及生產(chǎn)線(xiàn)的稱(chēng)重計(jì)量和控制。而且在醫(yī)學(xué)和生物工程等方面的使用也有所增加。在使用過(guò)程中通常要求傳感器具有電信號(hào)輸出穩(wěn)定、響應(yīng)速度快以及體積小、重量輕等特性,而電阻傳感器都能滿(mǎn)足這樣的條件。但電阻傳感器在溫度、蠕變 、滯后、彈性模量自補(bǔ)償?shù)榷喾N功能方面還存在不足之處。但是隨著優(yōu)良的酚醛膠、環(huán)氧一酚醛膠以及聚酞亞胺膠等材料的相繼問(wèn)世，性能更完善的電阻傳感器將會(huì)有更美好的前景。