傳感器技術-第二章 電阻式傳感器

1、12021-10-30n2.1 應變式傳感器n2.2 壓阻式傳感器第第2章章 電阻式傳感器原理與應用電阻式傳感器原理與應用22021-10-30電阻式傳感器概述電阻式傳感器概述n電阻式傳感器的基本原理電阻式傳感器的基本原理 就是將被測的非電量轉化成電阻值的變化，再經(jīng)就是將被測的非電量轉化成電阻值的變化，再經(jīng)過轉換電路變成電量輸出。根據(jù)傳感器組成材料變過轉換電路變成電量輸出。根據(jù)傳感器組成材料變化或傳感器原理變化，產(chǎn)生了各種各樣的電阻式傳化或傳感器原理變化，產(chǎn)生了各種各樣的電阻式傳感器，主要包括應變式傳感器和壓阻式傳感器。感器，主要包括應變式傳感器和壓阻式傳感器。n優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，體積小，

2、使用方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，體積小，使用方便，性能穩(wěn)定，靈敏度高，動態(tài)響應快等。靈敏度高，動態(tài)響應快等。n應用范圍：應用范圍：測量力、壓力、位移、應變、加速度和測量力、壓力、位移、應變、加速度和溫度等非電量參數(shù)。溫度等非電量參數(shù)。32021-10-302.12.1 應變式傳感器應變式傳感器n利用電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器利用電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器n工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元彈性元件件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連

3、的的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片應變片，引起，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。輸出的電量大小反映被測量的大小。n結構：應變式傳感器由結構：應變式傳感器由彈性元件彈性元件上粘貼上粘貼電阻應變片電阻應變片構構成成n應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量數(shù)的測量42021-10-302.1.1 2.1.1 工作原理工作原理2.1.2 2.1.2 金屬應變片的主要特性金屬應變片的主要特性2.1.3 2.1.3 測量電路測量電路2.1.4

4、 2.1.4 應變式傳感器應用應變式傳感器應用52021-10-302.1.1 2.1.1 工作原理工作原理1.1.幾個概念幾個概念應變應變：物體在外部壓力或拉力的作用下發(fā)生形變的現(xiàn)：物體在外部壓力或拉力的作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。象。彈性形變彈性形變：當外力除去后，物體能夠完全恢復其原來：當外力除去后，物體能夠完全恢復其原來尺寸和形狀的應變。尺寸和形狀的應變。彈性元件彈性元件：具有彈性應變特性的物體。：具有彈性應變特性的物體。應變式傳感器應變式傳感器：利用應變片將應變轉換為電阻變化的：利用應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器。傳感器。62021-10-302.2.金屬的電阻應變效應金屬的電阻應變效

5、應電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。應變效應：應變效應： 即即導體導體或或半導體半導體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化，變形時，其電阻值相應發(fā)生變化， 這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“應應變效應變效應”。金屬的應變效應：金屬的應變效應： 金屬絲的電阻隨著它所受的機械形變（拉力或壓金屬絲的電阻隨著它所受的機械形變（拉力或壓縮）的大小而發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。縮）的大小而發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。72021-10-30如圖如圖2-1所示，一根金屬電阻絲所示，一根金屬電阻絲, 在其未受力時在其未受力時, 原始電原始

6、電阻值為：阻值為：SlR式中式中: 電阻絲的電阻率電阻絲的電阻率; l電阻絲的長度電阻絲的長度; S電阻絲的截面積。電阻絲的截面積。圖2-1 金屬電阻絲應變效應 82021-10-30SSllRR由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)， Errll/,/,/)21 (ERR為導體的縱向應變，其數(shù)值一為導體的縱向應變，其數(shù)值一般很小，常以微應變度量；般很小，常以微應變度量；電阻的相對變化量為：電阻的相對變化量為：為電阻絲材料的泊松比，一般金屬為電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.30.5；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關；E為材料的彈性模量；為材料的彈性模量； 為

7、應力值；為應力值；92021-10-30金屬材料的電阻靈敏系數(shù)：金屬材料的電阻靈敏系數(shù)：210RRk21)/(0k材料的幾何尺寸變化引起的材料的幾何尺寸變化引起的材料的電阻率材料的電阻率隨應變引起的隨應變引起的u 金屬材料：金屬材料：k0以前者為主，則以前者為主，則k01+2=1.73.6大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)，大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內(nèi)， 電阻的相對電阻的相對變化與應變成正比，即變化與應變成正比，即K0為常數(shù)。為常數(shù)。021kRR102021-10-303. 應變片的基本結構與種類應變片的基本結構與種類 n敏感柵敏感柵 直徑為直徑為0.025mm左右的合金電阻絲左右的合金電阻

8、絲n絲繞式絲繞式 基基 底底絕緣絕緣n 覆蓋層覆蓋層 保護保護位移、力、力矩、加速度、壓力位移、力、力矩、加速度、壓力彈性敏彈性敏感元件感元件 應變應變 外力作用外力作用被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形應變片敏感柵隨同變形應變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應變化電阻值發(fā)生相應變化 應變片應變片112021-10-30應變片的類型和材料應變片的類型和材料 n金屬金屬絲式絲式 n金屬金屬箔式箔式 n金屬金屬薄膜式薄膜式 122021-10-30金屬絲式應變片金屬絲式應變片 金屬電阻絲應變片的基本結構金屬電阻絲應變片的基本結構 1-基片；基片；2-電阻絲；電阻絲；3-覆蓋層；覆

9、蓋層；4-引出線引出線 132021-10-30金屬箔式應變片 優(yōu)點優(yōu)點 ： （1）尺寸準確，線條均勻，適應不同的測量要求，尺寸準確，線條均勻，適應不同的測量要求， （2）可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵）可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵 （3）與被測試件接觸面積大，粘結性能好。）與被測試件接觸面積大，粘結性能好。 散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。（4）橫向效應可以忽略。）橫向效應可以忽略。（5）蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。）蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。 142021-10-30金屬薄膜應變片金屬薄膜應變片 n采用真空蒸鍍或真空沉積等方法在薄的絕

10、緣基片采用真空蒸鍍或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在上形成厚度在0.1m以下的金屬電阻材料薄膜敏以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，再加上保護層，易實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)感柵，再加上保護層，易實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn) n優(yōu)點：應變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，優(yōu)點：應變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，工作工作范圍廣，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)范圍廣，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)152021-10-30注：注： 電阻應變片必須被粘貼在試件或彈性元件上才電阻應變片必須被粘貼在試件或彈性元件上才能工作。黏結劑和黏結技術對測量結果有著直接的能工作。黏結劑和黏結技術對測量結果有著直接的影響。影響。162021-10-302.1.2 電阻應

11、變片的特性電阻應變片的特性 1、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)2、橫向效應、橫向效應3、溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償172021-10-30n電阻值電阻值：應變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于：應變片在未經(jīng)安裝也不受外力情況下，于室溫下測得的電阻值；電阻系列：室溫下測得的電阻值；電阻系列：60、120、200、350、500、1000n絕緣電阻絕緣電阻：應變片引線與被測試件之間的電阻值，：應變片引線與被測試件之間的電阻值，一般一般100M。n最大工作電流最大工作電流：允許通過應變片而不影響其工作特：允許通過應變片而不影響其工作特性的最大電流值。性的最大電流值。n機械滯后機械滯后：在循環(huán)加載時，加載特性

12、與卸載特性不：在循環(huán)加載時，加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象。重合的現(xiàn)象。n零漂零漂：在一定溫度下，不受機械應變時，其指示應：在一定溫度下，不受機械應變時，其指示應變隨時間的變化而變化的現(xiàn)象。變隨時間的變化而變化的現(xiàn)象。n蠕變?nèi)渥儯涸谝欢囟认?，受恒定機械應變時，其指示：在一定溫度下，受恒定機械應變時，其指示應變隨時間的變化而變化的現(xiàn)象。應變隨時間的變化而變化的現(xiàn)象。182021-10-30uRR與與的關系在很大范圍內(nèi)仍然有很好的線性的關系在很大范圍內(nèi)仍然有很好的線性關系，即關系，即R/R=K ；uK為電阻應變片的靈敏系數(shù)。為電阻應變片的靈敏系數(shù)。u標稱靈敏系數(shù)：是出廠時測定的該批產(chǎn)品的平均靈標

13、稱靈敏系數(shù)：是出廠時測定的該批產(chǎn)品的平均靈敏系數(shù)值。一批產(chǎn)品中一般抽樣敏系數(shù)值。一批產(chǎn)品中一般抽樣5的產(chǎn)品來測定，的產(chǎn)品來測定，取平均值取平均值。u電阻應變片的靈敏系數(shù)電阻應變片的靈敏系數(shù)k 電阻絲的靈敏系數(shù)電阻絲的靈敏系數(shù)k0 （粘結層傳遞變形失真、還存在有橫向效應（粘結層傳遞變形失真、還存在有橫向效應 ）1、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)192021-10-302、橫向效應、橫向效應yxyn應變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消應變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消了一部分，從而降低了整個電阻應變片的靈敏度，了一部分，從而降低了整個電阻應變片的靈敏度，帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構造及尺

14、寸有關。帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構造及尺寸有關。n敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則橫向效應的影響愈小。橫向效應的影響愈小。202021-10-303、溫度誤差及其補償、溫度誤差及其補償n溫度誤差：溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，帶來的附加誤差， 稱為應變片的溫度誤差。稱為應變片的溫度誤差。 應變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測試件的溫度）應變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測試件的溫度）影響很大。影響很大。n 產(chǎn)生溫度誤差的主要原因產(chǎn)生溫度誤差的主要原因：應變片的電阻絲具有一定溫度

15、系數(shù)；應變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。212021-10-30（1）電阻溫度系數(shù)誤差）電阻溫度系數(shù)誤差敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示：敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示：RT=R 0(1+T) 式中式中: RT溫度為溫度為t時的電阻值；時的電阻值； R0溫度為溫度為t0時的電阻值；時的電阻值； 溫度為溫度為t0時金屬絲的電阻溫度系數(shù)；時金屬絲的電阻溫度系數(shù)； T溫度變化值，溫度變化值，T=T-T0。 當溫度變化當溫度變化T時，電阻絲電阻的變化值為：時，電阻絲電阻的變化值為： RTa=RT-R

16、0=R0T 222021-10-30（2 2）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響 試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時：試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時： 不論環(huán)境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自不論環(huán)境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣，不會產(chǎn)生附加變形。由狀態(tài)一樣，不會產(chǎn)生附加變形。 當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時：當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時： 環(huán)境溫度變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而環(huán)境溫度變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。產(chǎn)生附加電阻變化。232021-10-30n設粘貼在試件上電阻絲長度為設粘貼在試件

17、上電阻絲長度為l0, 它們的線它們的線膨脹系數(shù)分別為膨脹系數(shù)分別為s和和g，當溫度變化，當溫度變化T時，時，應變絲膨脹至應變絲膨脹至lT1，試件伸長為試件伸長為lT2，則應變絲，則應變絲和試件的膨脹量分別為：和試件的膨脹量分別為：TllllTllllgTTsTT00220011242021-10-30n由于二者黏結在一起，若由于二者黏結在一起，若sg，則應變絲被，則應變絲被迫產(chǎn)生，迫產(chǎn)生，TKRKRRTllTllllsgTTsgTTsgTTT)()()(00000021附加變形：附加變形：附加應形：附加應形：附加電阻變化：附加電阻變化：252021-10-30相應的虛假應變量：相應的虛假應變量

18、：TKTKRRsgTT)(/000可得由于溫度變化而引起的總電阻變化為：可得由于溫度變化而引起的總電阻變化為：TKRTRRRRsgTTT)(000 該誤差除與環(huán)境溫度有關外，還與應變片本身該誤差除與環(huán)境溫度有關外，還與應變片本身性能參數(shù)及試件的線膨脹系數(shù)有關。性能參數(shù)及試件的線膨脹系數(shù)有關。262021-10-30 單絲自補償法 自補償法 組合式自補償法 線路補償法電橋補償法、熱敏電阻溫度補償 272021-10-30 )(3410RRRRAUB電橋輸出電壓電橋輸出電壓U0與橋臂參數(shù)的關系與橋臂參數(shù)的關系282021-10-30n由上式可知由上式可知,當當R3和和R4為常數(shù)時，為常數(shù)時，R1和

19、和RB對電橋輸對電橋輸出電壓出電壓U0的作用方向相反。的作用方向相反。n測量應變時測量應變時, 工作應變片工作應變片R1粘貼在被測試件表面上粘貼在被測試件表面上, 補償應變片補償應變片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補粘貼在與被測試件材料完全相同的補償塊上償塊上, 且僅工作應變片承受應變。且僅工作應變片承受應變。 n當被測試件不承受應變時，當被測試件不承受應變時， R1和和Rb處于同一環(huán)境處于同一環(huán)境溫度為溫度為T（C）的溫度場中，調(diào)節(jié)電橋參數(shù)使電橋）的溫度場中，調(diào)節(jié)電橋參數(shù)使電橋達到平衡：達到平衡：0)(3410RRRRAUB292021-10-30一般取四個橋臂電阻相等。一般取四個橋臂電

20、阻相等。 當溫度升高或降低時，當溫度升高或降低時， R1和和RB變化量相同，電變化量相同，電橋仍處于平衡狀態(tài)。橋仍處于平衡狀態(tài)。當有應變作用時，工作應變片又有新的增量當有應變作用時，工作應變片又有新的增量而補償應變片不承受應變，不產(chǎn)生新增量，此時電而補償應變片不承受應變，不產(chǎn)生新增量，此時電橋輸出電壓為：橋輸出電壓為：0)()(34110RRRRRRAUBTBTKRR11KRARU410302021-10-30電橋補償法優(yōu)點：電橋補償法優(yōu)點：n簡單、方便，在常溫下補償效果較好，簡單、方便，在常溫下補償效果較好，n缺點：在溫度變化梯度較大的條件下，很難缺點：在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工

21、作片與補償片處于溫度完全一致的情做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補償效果。況，因而影響補償效果。312021-10-30 應變片的自補償法應變片的自補償法 n粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當溫度粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當溫度變化時，產(chǎn)生的附加應變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒?，這種變化時，產(chǎn)生的附加應變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應變片應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應變片來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應變片自補償法。來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應變片自補償法。 a. a. 選擇式自補償應變片選擇式自補償應變片 b. b. 雙金屬敏感柵自補償應變片雙金

22、屬敏感柵自補償應變片 322021-10-30當被測試件的線膨脹系數(shù)當被測試件的線膨脹系數(shù)g已知時，合理選擇敏感柵材料已知時，合理選擇敏感柵材料， 即即其電阻溫度系數(shù)其電阻溫度系數(shù)、靈敏系數(shù)、靈敏系數(shù)K0以及線膨脹系數(shù)以及線膨脹系數(shù)s，則不論溫度，則不論溫度如何變化，均有如何變化，均有 =0，從而達到溫度自補償?shù)哪康?。，從而達到溫度自補償?shù)哪康?。?yōu)點優(yōu)點：容：容易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄。也較窄。由式由式(2.1.16)可知，實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為可知，實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為 當被測試件的線膨脹系數(shù)當被測試件的

23、線膨脹系數(shù)g已知時，通過選擇敏感柵材料，已知時，通過選擇敏感柵材料， 使下式成立，即可達到溫度自補償?shù)哪康?。使下式成立，即可達到溫度自補償?shù)哪康摹?)(0TKTsgT)(0sgKT332021-10-30R1R2組合自補償法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成 選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)調(diào)整調(diào)整R R1 1和和R R2 2的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電阻變化滿足：電阻變化滿足： 則：則：T2T1)()(RR通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應變片的溫度自補

24、償，應變片的溫度自補償，可達可達0.45m/的高精度的高精度 )()(/111222112221ggTTKKRRRRRR342021-10-30熱敏電阻補償熱敏電阻補償 UiR1RR4R3U0R2RtR5 分流電阻分流電阻 UURt T KRtU = Ui - URtK352021-10-302.1.3 電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路 1 1 直流電橋直流電橋2 2 非線性誤差及其補償非線性誤差及其補償 362021-10-301、直流電橋、直流電橋 當電橋后面接放大器時當電橋后面接放大器時, 電橋輸出端看成開路，電電橋輸出端看成開路，電橋的輸出式為：橋的輸出式為：URRRRRRRR

25、U)(432132410應變片工作時，其電阻變化應變片工作時，其電阻變化R)()()(44332211332244110RRRRRRRRRRRRRRRRUU372021-10-30采用等臂電橋，即采用等臂電橋，即R1= R2= R3=R4=R 。則：。則：)2)(2()(4321324143210RRRRRRRRRRRRRRRUU當當Ri R ( i=1,2,3,4) 時，略去上式中的高階微量，則時，略去上式中的高階微量，則 RRRRRRRRUU432104432104UKU382021-10-30上式表明： Ri R時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。 若

26、若相鄰相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不同，則輸輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。出電壓為兩者之和。 若若相對相對兩橋臂應變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反兩橋臂應變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之則為兩者之差。之則為兩者之差。 電橋供電電壓電橋供電電壓U越高，輸出電壓越高，輸出電壓U0越大。但是，當越大。但是，當U大時，大時，電阻應變片通過的電流也大，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所允許通過若超過電阻應變片所允許通過的最大工作電流，傳

27、感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂的最大工作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。 增大電阻應變片的靈敏系數(shù)增大電阻應變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。，可提高電橋的輸出電壓。432104UKU392021-10-30略去分母中的R1/R1項 ,假設R1/R11單臂電橋，即R1橋臂變化R，理想的線性關系 實際輸出電壓實際輸出電壓 RRUU4010211424RRRRURRRUU電橋的相對非線性誤差為電橋的相對非線性誤差為 KRRRRRRUU21211211121111002 2、非線性誤差及其補償、非線性誤差及其補償冪級數(shù)：（1-a）-1 =1+a+a2+a3+(-1a(1+)，故(1+)項可以忽略llE

28、RR半導體材料的電阻值變化，主要是由電阻率變化引起的，而電阻率的變化是由應變引起的 半導體單晶的應變靈敏系數(shù)可表示 ERRKl/半導體的應變靈敏系數(shù)還與摻雜濃度有關，它隨雜質(zhì)的增加而減小702021-10-302.2.2 2.2.2 體型半導體電阻應變片體型半導體電阻應變片 n1. 結構型式及特點 n2. 測量電路 712021-10-301. 結構型式及特點結構型式及特點 主要優(yōu)點是靈敏系數(shù)比金屬電阻應變片的靈敏系數(shù)大數(shù)十倍 橫向效應和機械滯后極小 溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應變片差得多 722021-10-302. 測量電路測量電路 n恒壓源n恒流源)/(0TRRRUURIU0電橋輸出電

29、壓與R / R成正比，輸出電壓受環(huán)境溫度的影響。電橋輸出電壓與R成正比，環(huán)境溫度的變化對其沒有影響。732021-10-302.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器擴散型壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器結構簡圖1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜片采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍半導體電阻應變薄膜 742021-10-30工作原理：工作原理： 膜片兩邊存在壓力差時，膜片產(chǎn)生變形，膜片上各點產(chǎn)生應力。膜片兩邊存在壓力差時，膜片產(chǎn)生變形，膜片上各點產(chǎn)生應力。 四個電阻在應力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，四個電阻在應力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡， 輸出相應的電壓，電壓

30、與膜片兩邊的壓力差成正比。輸出相應的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。 四個電阻的配置位置四個電阻的配置位置： 按膜片上徑向應力按膜片上徑向應力r和切向應力和切向應力t的分布情況確定。的分布情況確定。 )31 ()1(83)3()1(8322022202rrhprrhptr設計時，適當安排電阻的位置，可以組成差動電橋。 752021-10-30擴散型壓阻式壓力傳感器 特點n優(yōu)點: 體積小，結構比較簡單，動態(tài)響應也好，靈敏度高，能測出十幾帕的微壓，長期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響應高，便于生產(chǎn)，成本低。n測量準確度受到非線性和溫度的影響。智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對非線性和溫度進行補償

31、。 762021-10-30772021-10-302.2.4 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器 n它的懸臂梁直接用單晶硅制成，四個擴散電阻擴散在其根部兩面 。擴散電阻質(zhì)量塊基座應變梁a782021-10-302.2.5 測量橋路及溫度補償測量橋路及溫度補償n由于制造、溫度影響等原因，電橋存在失調(diào)、零位溫漂、靈敏度溫度系數(shù)和非線性等問題，影響傳感器的準確性。n減少與補償誤差措施 1. 恒流源供電電橋 2. 零點溫度補償 3. 靈敏度溫度補償792021-10-301. 恒流源供電電橋恒流源供電電橋恒流源供電的全橋差動電路 假設RT為溫度引起的電阻變化 IIIADCABC21電橋的輸出為RI

32、RRRIRRRIUUTTBD)(21)(210電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比，但與溫度無關，因此測量不受溫度的影響。802021-10-302.2.溫度溫度漂移漂移及其補償及其補償UR1R2R4R3U0RsRpVD溫度變化而變化，將引起零漂零漂和靈敏度漂移靈敏度漂移 零漂：擴散電阻值隨溫度變化串、并聯(lián)電阻 串聯(lián)電阻Rs起調(diào)零作用 并聯(lián)電阻RP起補償作用靈敏度漂移：壓阻系數(shù)隨溫度變化串聯(lián)二極管812021-10-30822021-10-30832021-10-30842021-10-30 壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔

33、用的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。 852021-10-30材料應變的測量材料應變的測量斜拉橋上的斜拉斜拉橋上的斜拉繩應變測試繩應變測試 862021-10-30AD581+10V+15VA1AD741101500P200+10V+12Vba722.6+15V15V輸出輸出Uo4.99K24.9K010V負載負載失調(diào)失調(diào)+15VA2AD52210KRg4114213368512711調(diào)整調(diào)整Rg使電路滿量程輸出為使電路滿量程輸出為010V872021-10-30液罐秤示意圖1-電動比例調(diào)節(jié)器；2-膨脹節(jié)；3-

34、化學原料儲液罐A；4-化學原料儲液罐B；5-荷重傳感器（每罐各4只）；6-支撐構件；7-支撐平臺882021-10-30物料定值分裝控制系統(tǒng)物料定值分裝控制系統(tǒng) n稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，選用應變式稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，選用應變式稱重測力傳感器。稱重測力傳感器。n四片電阻應變片構成全橋橋路，在所加橋壓四片電阻應變片構成全橋橋路，在所加橋壓U U不變的情況下，不變的情況下，傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比，傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比，而且，供橋橋壓而且，供橋橋壓U U的變化直接影響電子稱的測量精度，所以要的變化直接影響電子稱的測量精度，所以要求橋壓很穩(wěn)定。求橋壓很穩(wěn)定。892021-10-30n計數(shù)器計數(shù)器1的計數(shù)值反映了測量電的計數(shù)值反映了測量電壓大小即物料的重量。在顯示的壓大小即物料的重量。在顯示的同時，計算機還根據(jù)設定值與測同時，計算機還根據(jù)設定值與測量值進行定值判斷。量值進行定值判斷。n測量值與給定值進行比較，取差測量值與給定值進行比較，取差值提供值提供P