•                            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)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進行自動稱重、過程檢測和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動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而異。同樣的材料，越細或越薄，則電阻值越大。當加有外力時，金屬若變細變長，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，當物體伸縮時，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

    電阻式傳感器  按其工作原理可分為：電阻應(yīng)變式；電位計式；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(活動觸點)兩個基本部分組成。電刷相對于電阻元件的運動可以是直線運動、轉(zhuǎn)動和螺旋運動，因而可以將直線位移或角位移轉(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)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進行自動稱重、過程檢測和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化不可缺少的工具之一。 

優(yōu)缺點

優(yōu)點

(1) 有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。因此它廣泛應(yīng)用于自動測試和控制技術(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)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化

缺點

（1）對于大應(yīng)變有較大的非線性、但輸出信號較弱。

（2）隨著時間和環(huán)境的變化，構(gòu)成傳感器的材料和器件性能會發(fā)生變化。因此不適用于長期監(jiān)測，因為時漂、溫漂較大，長時間測的話可能就無法取得真實有效的數(shù)據(jù)。

（3）易受到電場、磁場、振動、輻射、氣壓、聲壓、氣流等的影響。

其他種類

光敏

（1）光敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)

     光敏電阻傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(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，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

     由于光敏電阻傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來達到測量目的的，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恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準確性，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、響應(yīng)快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設(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。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。

（2）光敏電阻傳感器工作原理

    由于光敏電池即使在強光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級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光照時承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個電阻?；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算放大器。硅光敏二極管通過集成運放可得到較大輸出幅度，當光照產(chǎn)生的光電流為時，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負電壓，由于光電池的短路電流和光照成線性關(guān)系，因此將它接在運放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點，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)展人們對測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)射器帶一個校準鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈作為光源的一種堅固的白熾燈傳感器。由于這種傳感器存在各種缺陷，逐漸在測量領(lǐng)域銷聲匿跡。到了光纖出現(xiàn)，因為它的各種優(yōu)越的性能，于是出現(xiàn)了光纖與傳感器配套使用的無源元件,另外光纖不受任何電磁信號的干擾,并且能使傳感器的電子元件與其他電的干擾相隔離。正是因為這樣，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)用也會越來越廣泛。

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、保護套管及接線盒等基本部分組成。為避免電感分量，熱電阻絲常采用雙線并繞，制成無感電阻。

（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，當溫度升高時，雖然自由電子數(shù)目基本不變（當溫度變化范圍不是很大時），但每個自由電子的動能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子作定向運動就會遇到更大的阻力，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測量溫度的。

    熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測溫元件。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)體中更多的價電子受熱激發(fā)躍遷到較高能級而產(chǎn)生新的電子—空穴[注3]對，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）。因為載流子數(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。當溫度變化1℃時，某些半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值變化將達到（3～6）%。在一定條件下，根據(jù)測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測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。主要用途有測溫、溫度補償、過熱保護、液面的測量。

在溫度檢測精度要求比較高的場合，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、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-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)變信號直接轉(zhuǎn)化成電信號的敏感元件 ,因此適用于制作各種傳感器 ,電阻傳感器主要用于測力、壓力 、加速度 、位移、扭矩等 。過去電阻傳感器主要用于試驗研究工作 ,而現(xiàn)在 ,經(jīng)常用于工業(yè)檢測以及生產(chǎn)線的稱重計量和控制。而且在醫(yī)學(xué)和生物工程等方面的使用也有所增加。在使用過程中通常要求傳感器具有電信號輸出穩(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世，性能更完善的電阻傳感器將會有更美好的前景。