第五章電阻傳感器

電阻式傳感器的原理及應用，包括電阻應變片、測溫熱電阻、氣敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等。主要內(nèi)容1.電阻應變傳感器

第一節(jié)電阻應變傳感器1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

由全微分可知：1.電阻應變傳感器

電阻的相對變化率與軸向應變的線性關系電阻應變片的靈敏度縱（軸）向應變橫（徑）向應變泊松比壓阻系數(shù)彈性模量1.電阻應變傳感器

電阻應變片的靈敏度1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

應變片的類型與結構：1.電阻應變傳感器

應變片的類型與結構：1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

1.電阻應變傳感器

2測量轉換電路（電橋）

電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。其輸出既可用指示儀表直接測量，也可以送入放大器進行放大。由于橋式測量電路結構簡單，并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測試裝置中得到了廣泛應用。與其他測試裝置的分類一樣，電橋亦有不同的分類方式：按照激勵電源的性質可分為直流電橋與交流電橋；按照橋臂阻抗性質又可分為電阻電橋、電容電橋和電感電橋。2.1直流電橋

1、直流電橋的平衡條件●平衡條件2.1直流電橋

1、直流電橋的平衡條件2.靈敏度在平衡情況下，若電阻變化，則電橋的輸出電壓為令當時，靈敏度達到最大值。這時對于一定的值，得到最大的輸出電壓。顯然，滿足的條件為（對稱電橋）或（等臂電橋）。在設計電橋時，一般取2.1直流電橋

3.電橋接法與輸出特性

在機械測試技術中，一般根據(jù)工作中電阻值參與變化的橋臂數(shù)可分為半橋式與全橋式連接。2.1直流電橋

（1）半橋單臂

工作中有一個橋臂阻值隨被測的量而變化，2.1直流電橋

（2）半橋雙臂（差動電橋）工作中有兩個橋臂阻值隨被測物理量變化，而且必須一個增大一個減小，即，所以也稱為差動電橋。。

2.1直流電橋

（3）全橋工作中四個橋臂電阻值都隨被測物理量而變化，即2.1直流電橋

4電橋用于應變片傳感器的溫度補償2.1直流電橋

交流電橋主要用于動態(tài)信號的測量和輸出需要放大的場合，如廣泛使用的動態(tài)應變儀就采用此種電橋。因為電橋輸出常接放大器，故在分析中只需研究開路輸出時的動態(tài)特性。2.2交流電橋

1.交流電橋的平衡條件

交流電橋的激勵電壓采用交流，電橋的四個臂可以是電感、電容或電阻，用復阻抗表示

而且輸入電壓與輸出電壓分別用復數(shù)與表示，那么根據(jù)對直流電橋的討論可以得到2.2交流電橋

1.交流電橋的平衡條件所以

此式表明，交流電橋平衡必須同時滿足兩個條件，即相對兩臂阻抗之模的乘積應相等，相對兩臂阻抗角之和也必須相等。2.2交流電橋

2.電容電橋、電感電橋的平衡阻抗平衡條件為欲使復數(shù)相等，實部與虛部應分別相等，即由此可知，要使電容電橋平衡，必須同時調節(jié)電阻和電容兩個參數(shù)，使它們分別達到平衡2.2交流電橋

2.電容電橋、電感電橋的平衡電橋平衡條件應為要使電感電橋平衡，除要考慮相位平衡外，還要保證電阻和電感分別達到平衡。

2.2交流電橋

3.電阻交流電橋的平衡電橋各橋臂阻抗分別為電橋平衡時滿足所以2.2交流電橋

3運算放大器

運算放大器本質上是一個高增益的負反饋直流放大器。加上外部反饋網(wǎng)絡可以實現(xiàn)加、減、乘、除、微分和積分等數(shù)學運算，還可以與其它外設電路組成測試系統(tǒng)中常用的差動放大器、電橋放大器、電荷放大器、壓頻變換器、有源濾波器以及交流放大器等測試裝置。3.1運算放大器的符號及特點

集成運算放大器具有開環(huán)電壓增益高、輸入阻抗高、輸出阻抗低、漂移小、可靠性高、體積小等主要特點，所以它已成為一種通用器件，在各個技術領域中得到了十分廣泛而靈活的應用。具有理想?yún)?shù)的運算放大器叫理想運算放大器。特點這就是說反相輸入端的電位接近于“地”電位，它是一個不接“地”的接“地”端，通常稱為“虛地”。3.2理想運算放大器

電壓增益:1)反相放大器

反饋電阻RF值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應遠大于信號源Ui的內(nèi)阻。煙霧報警器酒精傳感器二氧化碳傳感器3.2運算放大器

同相放大器也是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:2)同相放大器

同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。

3.2運算放大器

2交流放大電路

R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來確定。

若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成運放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。

3.2運算放大器

1.差動放大器

差動放大器就是用來放大差模信號，抑制共模信號的，它的兩個輸入端都有信號輸入。因為當?shù)?.3測試裝置中幾種常見的運算放大器可見輸出電壓與兩個輸入電壓的差值成正比。當時，則得差動放大器被廣泛地應用于測試和控制系統(tǒng)中，形成了一個專用測量放大器領域。1.差動放大器3.3測試裝置中幾種常見的運算放大器2.測量放大器

三運放差動放大器通常也稱為測量放大器，或稱儀用放大器。

3.3測試裝置中幾種常見的運算放大器儀用放大器優(yōu)點：輸入阻抗高；共模抑制比高；放大倍數(shù)容易調整。3.電橋放大器

與差動放大器一樣，直流電橋放大器也是用于在大的共模信號下測量來自傳感器的微弱信號，而且差動電橋也具有抑制共模信號的能力。3.3

測試裝置中幾種常見的運算放大器圖電橋放大器加在放大器兩個輸入端的電壓信號分別為若電橋為全等臂且為半橋雙臂接法（差動電橋），即則那么3.電橋放大器3.3

測試裝置中幾種常見的運算放大器3.電橋放大器令則由上式易見，輸出電壓與橋臂電阻有關為了排除的影響，可采用右圖的接法將電橋電源浮置，則其輸出電壓為圖電橋電源浮置的電橋放大器3.3測試裝置中幾種常見的運算放大器4典型應變片的原理及應用4典型應變片的原理及應用4典型應變片的原理及應用第二節(jié)測溫熱電阻傳感器測溫熱電阻可分為金屬熱電阻和半導體熱電阻（Thermistor,熱敏電阻）兩大類鉑的特性近于線性，性能穩(wěn)定，精度高，可作標準測溫裝置。NTC必須在低電壓源或在接近所謂的零功率下使用。除了作為測溫控溫元件，還可用作其它用途：延時開關、浪涌保護元件、溫度補償元件等。典型的PTC熱敏電阻通常是在鈦酸鋇中參入其它金屬離子，以改變其溫度系數(shù)和臨界點溫度。PTC熱敏電阻當溫度達到設定值時，電阻值急劇上升，電流減小。熱敏電阻的測量電路多采用橋路。調試電橋電路時，必須先調零（位），再調滿度，最后再驗證刻度盤中其它各點的誤差是否在允許的范圍內(nèi)。（標定）熱敏電阻的應用實例第三節(jié)