传感器与检测技术21 应变式传感器-4复习

1、第2章电阻(dinz)式传感器原理与应用2.1 应变式传感器2.1.1 金属电阻应变片的工作原理2.1.2 电阻应变片的特性2.1.3 电阻应变片的测量(cling)电路2.1.4 电阻应变片传感器的应用2.2 压阻式传感器2.2.1 半导体的压阻效应2.2.2 体型半导体电阻应变片2.2.3 扩散型电阻式压力传感器2.2.4 压阻式加速度传感器2.2.5 测量桥路及温度补偿上一页返 回下一页共二十页2.1.1 工作(gngzu)原理1.金属的电阻(dinz)应变效应电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时 其电阻值将发生变化F l、A 、 R共二十页电阻(dinz)的灵敏系数对于半径

2、(bnjng)为r的圆导体，A=r2，A/A=2r/r又由材料力学可知，在弹性范围内， 为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量；为电阻丝材料的泊松比，一般金属=0.30.5；为压阻系数，与材质有关；为应力值；E为材料的弹性模量； 共二十页金属(jnsh)电阻的灵敏系数材料的几何(j h)尺寸变化引起的材料的电阻率随应变引起的（压阻效应）金属材料：k0以前者为主，则k01+2=1.73.6半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定共二十页2. 应变片的基本(jbn)结构与种类 敏感栅 直径(zhjng)为0.025mm左右的合金电阻丝 丝绕式 基 底 绝缘 覆盖层 保护位移、力、力

3、矩、加速度、压力弹性敏感元件 应变 外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 应变片共二十页（一）灵敏(ln mn)系数“标称灵敏系数”：受轴向单向力（拉或压），试件材料为泊松系数=0.285的钢等。一批产品(chnpn)中只能抽样5的产品来测定，取平均值及允许公差值。电阻应变片的灵敏系数k 电阻丝的灵敏系数k0 粘结层传递变形失真还存在有横向效应 原因：共二十页 （二）横向(hn xin)效应敏感栅是由多条直线和圆弧部分(b fen)组成直线段：沿轴向拉应变x，电阻圆弧段：沿轴向压应度y 电阻 K (箔式应变片)lyxy共二十页（三）温度(wnd)误差及其补

4、偿 1、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化t时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩(y su)），引起的电阻相对变化 。共二十页 电桥(din qio)补偿法 U0R1R4R3URbFFR1Rb共二十页 应变(yngbin)片的自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种(y zhn)特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。a. 选择式自补偿应变片b. 双金属敏感栅自补偿应变片 共二十页热敏电阻(r mn din z)补偿 T KRtUiR1RR4R3U0R2RtR

5、5 分流电阻 UURt U = Ui - URtK共二十页1. 直流电桥 直流电桥的工作(gngzu)原理 时电桥(din qio)平衡平衡条件 :R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+R1R2R4R3UILRL共二十页单臂电桥，即R1桥臂变化(binhu)R，理想的线性关系 实际输出(shch)电压 电桥的相对非线性误差为 2.非线性误差及其补偿共二十页减小非线性误差 采用(ciyng)的措施为： （1）采用(ciyng)半桥差动电桥 R1R2FU0R1R1R4R3UR2R2共二十页输出(shch)电压为：U0R1R1UR2R2R4R4R3R3全桥差动电路(dinl)共二十页2.

6、2.1 半导体的压阻效应(xioyng) 固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应 半导体材料的压阻效应特别强。 压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率响应高，体积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感器的温度误差较大，必须(bx)要有温度补偿。共二十页2. 测量(cling)电路 恒压源恒流源电桥(din qio)输出电压与R / R成正比，输出电压受环境温度的影响。电桥输出电压与R成正比，环境温度的变化对其没有影响。共二十页1. 恒流源供电(n din)电桥恒流源供电(n din)的全桥差动电路 假设RT为温度引起的电阻变

7、化 电桥的输出为电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度无关，因此测量不受温度的影响。共二十页2.温度漂移(pio y)及其补偿UR1R2R4R3U0RsRpVD温度变化(binhu)而变化(binhu)，将引起零漂和灵敏度漂移 零 漂 扩散电阻值随温度变化灵敏度漂移 压阻系数随温度变化零 位 温 漂 串、并联电阻灵敏度温漂 串联二极管串联电阻Rs起调零作用并联电阻RP起补偿作用 End the 2.2共二十页内容摘要第2章电阻式传感器原理与应用。2.1 应变式传感器。2.1.1 金属电阻应变片的工作原理。2.1.2 电阻应变片的特性。2.1.4 电阻应变片传感器的应用。2.2.1 半导体的压阻效应。2.2.2 体型半导体电阻应变片。2.2.3 扩散型电阻式压力传感器。2.2.5 测量桥路及温度补偿。为电阻丝材料的泊松比，一般金属=0.30.5。材料的电阻率随应变引起的（压阻效应）。金属