第五章电阻传感器

电阻式传感器的原理及应用，包括电阻应变片、测温热电阻、气敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等。主要内容1.电阻应变传感器

第一节电阻应变传感器1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

由全微分可知：1.电阻应变传感器

电阻的相对变化率与轴向应变的线性关系电阻应变片的灵敏度纵（轴）向应变横（径）向应变泊松比压阻系数弹性模量1.电阻应变传感器

电阻应变片的灵敏度1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

应变片的类型与结构：1.电阻应变传感器

应变片的类型与结构：1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

1.电阻应变传感器

2测量转换电路（电桥）

电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。其输出既可用指示仪表直接测量，也可以送入放大器进行放大。由于桥式测量电路结构简单，并具有较高的精确度和灵敏度，因此在测试装置中得到了广泛应用。与其他测试装置的分类一样，电桥亦有不同的分类方式：按照激励电源的性质可分为直流电桥与交流电桥；按照桥臂阻抗性质又可分为电阻电桥、电容电桥和电感电桥。2.1直流电桥

1、直流电桥的平衡条件●平衡条件2.1直流电桥

1、直流电桥的平衡条件2.灵敏度在平衡情况下，若电阻变化，则电桥的输出电压为令当时，灵敏度达到最大值。这时对于一定的值，得到最大的输出电压。显然，满足的条件为（对称电桥）或（等臂电桥）。在设计电桥时，一般取2.1直流电桥

3.电桥接法与输出特性

在机械测试技术中，一般根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为半桥式与全桥式连接。2.1直流电桥

（1）半桥单臂

工作中有一个桥臂阻值随被测的量而变化，2.1直流电桥

（2）半桥双臂（差动电桥）工作中有两个桥臂阻值随被测物理量变化，而且必须一个增大一个减小，即，所以也称为差动电桥。。

2.1直流电桥

（3）全桥工作中四个桥臂电阻值都随被测物理量而变化，即2.1直流电桥

4电桥用于应变片传感器的温度补偿2.1直流电桥

交流电桥主要用于动态信号的测量和输出需要放大的场合，如广泛使用的动态应变仪就采用此种电桥。因为电桥输出常接放大器，故在分析中只需研究开路输出时的动态特性。2.2交流电桥

1.交流电桥的平衡条件

交流电桥的激励电压采用交流，电桥的四个臂可以是电感、电容或电阻，用复阻抗表示

而且输入电压与输出电压分别用复数与表示，那么根据对直流电桥的讨论可以得到2.2交流电桥

1.交流电桥的平衡条件所以

此式表明，交流电桥平衡必须同时满足两个条件，即相对两臂阻抗之模的乘积应相等，相对两臂阻抗角之和也必须相等。2.2交流电桥

2.电容电桥、电感电桥的平衡阻抗平衡条件为欲使复数相等，实部与虚部应分别相等，即由此可知，要使电容电桥平衡，必须同时调节电阻和电容两个参数，使它们分别达到平衡2.2交流电桥

2.电容电桥、电感电桥的平衡电桥平衡条件应为要使电感电桥平衡，除要考虑相位平衡外，还要保证电阻和电感分别达到平衡。

2.2交流电桥

3.电阻交流电桥的平衡电桥各桥臂阻抗分别为电桥平衡时满足所以2.2交流电桥

3运算放大器

运算放大器本质上是一个高增益的负反馈直流放大器。加上外部反馈网络可以实现加、减、乘、除、微分和积分等数学运算，还可以与其它外设电路组成测试系统中常用的差动放大器、电桥放大器、电荷放大器、压频变换器、有源滤波器以及交流放大器等测试装置。3.1运算放大器的符号及特点

集成运算放大器具有开环电压增益高、输入阻抗高、输出阻抗低、漂移小、可靠性高、体积小等主要特点，所以它已成为一种通用器件，在各个技术领域中得到了十分广泛而灵活的应用。具有理想参数的运算放大器叫理想运算放大器。特点这就是说反相输入端的电位接近于“地”电位，它是一个不接“地”的接“地”端，通常称为“虚地”。3.2理想运算放大器

电压增益:1)反相放大器

反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器3.2运算放大器

同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:2)同相放大器

同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。

3.2运算放大器

2交流放大电路

R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定。

若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。

3.2运算放大器

1.差动放大器

差动放大器就是用来放大差模信号，抑制共模信号的，它的两个输入端都有信号输入。因为当得3.3测试装置中几种常见的运算放大器可见输出电压与两个输入电压的差值成正比。当时，则得差动放大器被广泛地应用于测试和控制系统中，形成了一个专用测量放大器领域。1.差动放大器3.3测试装置中几种常见的运算放大器2.测量放大器

三运放差动放大器通常也称为测量放大器，或称仪用放大器。

3.3测试装置中几种常见的运算放大器仪用放大器优点：输入阻抗高；共模抑制比高；放大倍数容易调整。3.电桥放大器

与差动放大器一样，直流电桥放大器也是用于在大的共模信号下测量来自传感器的微弱信号，而且差动电桥也具有抑制共模信号的能力。3.3

测试装置中几种常见的运算放大器图电桥放大器加在放大器两个输入端的电压信号分别为若电桥为全等臂且为半桥双臂接法（差动电桥），即则那么3.电桥放大器3.3

测试装置中几种常见的运算放大器3.电桥放大器令则由上式易见，输出电压与桥臂电阻有关为了排除的影响，可采用右图的接法将电桥电源浮置，则其输出电压为图电桥电源浮置的电桥放大器3.3测试装置中几种常见的运算放大器4典型应变片的原理及应用4典型应变片的原理及应用4典型应变片的原理及应用第二节测温热电阻传感器测温热电阻可分为金属热电阻和半导体热电阻（Thermistor,热敏电阻）两大类铂的特性近于线性，性能稳定，精度高，可作标准测温装置。NTC必须在低电压源或在接近所谓的零功率下使用。除了作为测温控温元件，还可用作其它用途：延时开关、浪涌保护元件、温度补偿元件等。典型的PTC热敏电阻通常是在钛酸钡中参入其它金属离子，以改变其温度系数和临界点温度。PTC热敏电阻当温度达到设定值时，电阻值急剧上升，电流减小。热敏电阻的测量电路多采用桥路。调试电桥电路时，必须先调零（位），再调满度，最后再验证刻度盘中其它各点的误差是否在允许的范围内。（标定）热敏电阻的应用实例第三节