电阻式传感器应用与发展

合肥学院

电子信息与电气工程系

电阻式传感器应用与发展

系别：电子信息与电气工程系

专业：自动化

班级：10级自动化（1）班

姓名：钱超马小俊李翔宇

指导老师：储忠

成绩：

2012年09月27 日

电阻式传感器应用与发展

摘要：电阻式传感器：把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。

电阻式传感器又有电阻应变片式传感器，固态圧阻式传感器，热电阻式传感器，气敏电阻，和湿敏电阻，其中热电阻式传感器又有热电阻和热敏电阻。

关键词：电阻式传感器原理应用发展

电阻式传感器的基本原理

电阻式传感器的基本原理是将被测量转化成为传感元件电阻值的变化再经过转换电路变成电信号输出。电阻应变式传感器是利用导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生变化的物理现象检测的。固态压阻式传感器是利用单晶硅材料在受到力得作用后，其电阻率将随作用力而变化的物理现象检测的；热电阻式是利用导体的电阻率随温度而变化这一物理现象来测量温度的；气敏电阻是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来检测的；湿敏电阻则是通过湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

电阻式传感器的一般种类

应变电阻传感器，用来测量拉压应力，以及基于此的其它物理量。

热敏电阻传感器，用来测量温度。

滑臂式电阻传感器，用来测量几何位置（角度，位移）。

磁敏电阻传感器，用来测量磁场。

光敏电阻传感器，用来测量光的强度。

吸湿媒质电阻传感器，用来测量湿度。

液体电阻率传感器，用来测量水溶离子浓度。

电阻式传感器的应用行业

电阻应变式传感器主要应用在大坝、桥梁、航天飞机、船舶结构，发电设备等工程结构的应力测量和健康监测。如美国波音767飞机静力结构试验中就采用了2000多个电阻应变片和1000多个应变花来测量飞机结构大量部位的应变。我国的泰山核电站运行前对核反应堆安全壳结构整体试验中，采用了100多个电阻应变片测量混凝土和钢筋中的应力、钢束力以及安全壳的变形情况，历时11昼

夜；由于固态圧阻式传感器具有频率响应高、体积小、精度高、灵敏度高等优点，所以它广泛应用于航海、石油、化工、动力机械、兵器工业以及医学等方面；热敏电阻几乎在每个行业都有使用，如家用电器、制造行业、医疗设备、运输、通信、保护报警装置和科研等；气敏电阻较广泛的用于防灾报警，如可制成野花石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器，也可用于大气污染的监测以及医疗上用于对氧气、二氧化碳等气体的测量。生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。

电阻式传感器在具体工程中的应用

电阻式触摸屏

在手机中使用的触摸传感器（touch sensor）就是平时我们俗称的触摸屏（Touch panel）,又称为触控面板，触摸传感器的使用使人机交互更加方便和直观，增加了人机交流的乐趣。触摸传感器的使用减少了手机菜单按键，操作更加简单、便捷。

电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。

1、电阻式触摸屏的工作原理

触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。

触摸屏的结构如图所示。

触摸屏的结构

当触摸屏表面受到的压力(如通过笔尖或手指进行按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图3，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。

触摸屏的分压原理

为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC 的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。

2、四线电阻式触摸屏

在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。

触摸屏

触摸屏管

理芯片

四线电阻式触摸屏工作原理

四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，。在触摸屏幕后，起到电压计作用的触摸管理芯片首先在X+点上施加电压梯度VDD，在X-点上施加接地电压GND。然后，检测Y轴电阻上的模拟电压，并把模拟电压转化成数值，用模数转换器计算X坐标。在这种情况下，Y-轴变成感应线。同样地，在Y+和Y-点分施加电压梯度，可以测量Y轴坐标。

3、电阻式触摸屏的外观及结构

电阻式触摸屏是覆盖在LCD上面一层玻璃结构的透明的材料，它与LCD是可以分离的，可以单独进行更换，有些手机的触摸屏和LCD做在一起，如果触摸屏损坏的时候只能一起更换。

部分手机会在触摸屏上面加一个屏幕面板，用来保护触摸屏和LCD。触摸屏的外形结构如图所示。