第五章壓力檢測

傳感器與智能檢測技術第五章壓力檢測25.1壓力的概念及單位壓力是垂直地作用在單位面積上的力。壓力單位：1N的力垂直作用于1m2面積上所形成的壓力，稱為1個“帕斯卡”，簡稱“帕”，單位符號Pa。其他壓力單位：工程大氣壓標準大氣壓約定毫米汞柱約定毫米水柱34壓力的一般檢測方法壓力改變彈性材料的內部應力導致微形變應變式傳感器壓電式傳感器壓力改變機械位移電容式傳感器差動變壓器傳感器壓力引起磁場分布的改變霍爾式傳感器壓磁式傳感器壓力改變光學系統(tǒng)特性光纖壓力傳感器等55.2應變式壓力傳感器應變式壓力計是電測式壓力計中應用最廣的一種。5.2.1電阻應變效應 導體或半導體材料受到外界力作用時（拉力或壓力），產生機械形變，導致輸出電阻的變化。 一根金屬電阻絲,在其未受力時,原始電阻值為

其中：ρ——電阻絲的電阻率; l——電阻絲的長度; A——電阻絲的截面積6

當電阻絲受到拉力F作用時,將伸長ΔL,橫截面積相應減小ΔA,電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變Δρ,故引起電阻值變化。導體受拉力后的變化：LrFF7LrFFΔrΔL

當電阻絲受到拉力F作用時,將伸長ΔL,橫截面積相應減小ΔA,電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變Δρ,故引起電阻值變化。導體受拉力后的變化：8其變化量為：（1-1-6）其中：dl/l——長度相對變化量，用軸向應變ε表示為：dA/A——圓形電阻絲的截面積相對變化量，設r為電阻絲的半徑，dA=2πrdr,

則

9所以：由材料力學可知，在彈性范圍內，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，令dl/l=ε為金屬電阻絲的軸向應變，μ為電阻絲材料的泊松比，那么軸向應變和徑向應變的關系：10又因為，體積應變：11（C由材料和加工方式決定）。金屬導體材料的電阻率相對變化與其體應變的關系：12半導體材料受到應力作用時，電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“壓阻效應。其電阻率相對變化與材料的軸向應力s的關系：E:——半導體材料的彈性模量π:——半導體材料在受力方向的壓力系數ε:——軸向線應變13由

：對于金屬材料:金屬材料的應變靈敏系數Km

：對于金屬材料存在：對于金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主14同樣由

：對于半導體材料:半導體材料的應變靈敏系數Ks

：對于半導體材料存在：對于半導體材料的應變電阻主要基于壓阻效應15總結: 電阻相對變化有兩部分引起，一部分是材料受力后的幾何尺寸變化（應變）；一部分是材料受力后電阻率發(fā)生的改變。

金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主； 半導體材料的應變電阻主要基于壓阻效應。 半導體應變片突出優(yōu)點是靈敏度高,比金屬絲式高50～80倍,尺寸小,橫向效應小,動態(tài)響應好。但它有溫度系數大,應變時非線性比較嚴重等缺點。16電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是基于應變電阻效應的電阻式傳感器。其基本組成部件包括：應變片，測量電路，彈性敏感元件等。應變片是由金屬或半導體制成的應變-電阻元件。當被測物理量作用在彈性元件上時,彈性元件的變形引起應變敏感元件的阻值變化,通過轉換電路將其轉變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測物理量的大小。17A拉力傳感器B壓力傳感器圖4（1）電阻應變式傳感器（照片）185.2.2電阻應變片電阻應變片的結構：圖519

敏感柵是應變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護作用的覆蓋層,兩端焊接引出導線。金屬電阻應變片的敏感柵有三種:金屬絲式應變片箔式應變片薄膜應變片20212223

當應變片安裝于試件表面時，只受軸線方向的單位應力作用，靈敏系數k為：電阻應變片的靈敏系數24

敏感柵通常有多條軸向縱柵和圓弧橫柵組成，當試件承受單向應力時，其表面處于平面應變狀態(tài)，即軸向拉伸ex,和橫向收縮ey

，會引起的總電阻的變化。25

由軸向拉伸ex,和橫向收縮ey

，引起的總電阻的變化為：

：——縱向靈敏系數； ：——橫向靈敏系數 ：——雙向應變比 ：——橫向靈敏度265.2.3電阻應變片的溫度補償

a)電阻溫度系數的影響

敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表：Rt=R0（1+a0Δt）

式中:Rt——溫度為t℃時的電阻值;R0——溫度為t0℃時的電阻值;a0——金屬絲的電阻溫度系數;Δt——溫度變化值,Δt=t–t0。當溫度變化Δt時,電阻絲電阻的變化值為ΔRt=Rt-R0=R0a0Δt

27b)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數的影響當試件與電阻絲材料的線膨脹系數相同時,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,不會產生附加變形。當試件和電阻絲線膨脹系數不同時,由于環(huán)境溫度的變化,電阻絲會產生附加變形,從而產生附加電阻。28設電阻絲和試件在溫度為0℃時的長度均為L0，它們的線膨脹系數分別為βs和βg,若兩者不粘貼,

則它們的長度分別為:Ls=L0（1+βsΔt）Lg=L0（1+βgΔt）29

當二者粘貼在一起時,電阻絲產生的附加變形ΔL,附加應變eβ和附加電阻變化ΔRβ分別為ΔL=Lg-Ls=（βg-βs）L0Δt

eβ=ΔL/L0=（βg-βs）ΔtΔRβ=K0

R0eβ=K0R0(βg-βs)Δt

30

可得溫度變化引起的總電阻的變化： 31折合成附加應變量應變et,有

et是因為溫度變化引起的測量誤差。

消除這種誤差的溫度補償的辦法有：32

（1）應變片的自補償法：令

33（2）線路補償法：將兩個參數相同的應變片貼在試件上，溫度沒變化之前滿足電橋平衡條件R1=R2,R3=R4;溫度變化后仍滿足電橋平衡條件:R1BR2R3R4U0UR1FF補償塊試件345.2.4電阻應變片的測量電路由于機械應變一般都很小,要把微小應變引起的微小電阻變化測量出來,需要有專用測量電路,通常采用直流電橋和交流電橋。

直流電橋直流電橋平衡條件35當電橋平衡時,Uo=0,則有：設電橋為開路情況，當產生應變時,若應變片電阻變化為ΔR,其它橋臂固定不變,電橋輸出電壓Uo≠0,則電橋不平衡輸出電壓為：

設橋臂比n=R2/R1,并忽略分母中ΔR1/R1電壓靈敏度36分析電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓,

供電電壓越高,電橋電壓靈敏度越高,但供電電壓的提高受到應變片允許功耗的限制,所以要作適當選擇;電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數,恰當地選擇橋臂比n的值,保證電橋具有較高的電壓靈敏度。電橋電壓靈敏度37由dKU/dn=0求KU的最大值,得求得n=1時,KU為最大值。這就是說,在電橋電壓確定后,當R1=R2=R3=R4時,電橋電壓靈敏度最高,此時有38非線性誤差及其補償方法輸出電壓因略去分母中的ΔR1/R1項而得出的是理想值,而實際值計算應為非線性誤差為

γL=39如果是四等臂電橋,R1=R2=R3=R4,則

對于一般應變片來說,所受應變ε通常在5×10-3以下,若取KU=2,則ΔR1/R1=KUε=0.01,計算得非線性誤差為0.5%;

若KU=130,ε=1×１0-3時,ΔR1/R1=0.130,則得到非線性誤差為6%,故當非線性誤差不能滿足測量要求時,必須予以消除。40采用差動電橋減小和克服非線性誤差拉應變R1+ΔR1

壓應變R2-ΔR2消除了非線性誤差靈敏度提高一倍半橋41靈敏度是單片的4倍具有溫度補償全橋全臂工作電橋425.2.5應變片壓力傳感器 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜態(tài)壓力。如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內部的壓力變化等。 如下圖所示為膜片式壓力傳感器,應變片貼在膜片內壁,在壓力p作用下,膜片產生徑向應變εr和切向應變εt,

表達式分別為:43應變變化圖應變片粘貼44式中:p——膜片上均勻分布的壓力;R,h——膜片的半徑和厚度;x——離圓心的徑向距離。由應力分布圖可知,膜片彈性元件承受壓力p時,其應變變化曲線的特點為:當x=0時,εrmax=εtmax；當x=R時,εt=0,εr=-2εrmax。455.3壓電式壓力傳感器

5.3.1壓電效應★

利用電介質受力變形，內部產生的極化現(xiàn)象★去掉外力后，電荷消失后狀態(tài)復原★

作用力相反，電荷極性也發(fā)生變化逆壓電效應：

當在電介質的極化方向上施加電場時，這些電介質發(fā)生形變。（電致伸縮效應）正壓電效應：46壓電效應方程應力

T1、T2、T3

軸向正應力（拉應力為正，壓應力為負）T4、T5、T6

繞軸切應力

(逆時針方向為正)

σ1、σ2、σ3在垂直于xyz軸表面上的電荷密度47單一應力作用下的壓電效應dij為j方向應力引起i面產生的電荷時的壓電常數單位：庫侖/牛頓Tj－單位為帕σi

－庫侖/米2

單一作用力下的壓電效應有以下四種類型48縱向壓電效應橫向壓電效應面切壓電效應剪切壓電效應i=ji≠jj－i＝3j－i≠3應力⊥電荷面應力∥電荷面應力面∥電荷面應力面⊥電荷面Ti為軸向應力（T1~T3）Ti為切向應力（T4~T6）+--++-+-49在多應力下的壓電效應電荷產生面i上的總電荷密度dij的可能值50力——電荷轉換公式電荷產生面積Si電荷量Qi在j方向受力面積Sj在j方向受外力Fj

51對于縱向壓電效應對于橫向壓電效應i≠j525.3.2壓電材料類型：壓電晶體(單晶體)如石英晶體壓電陶瓷(多晶陶瓷)新型壓電材料（壓電半導體和有機高分子）1、石英晶體材料特點：1）晶體各個方向的特性不相同

2）Z軸方向沒有壓電效應

3）X軸面壓電效應最強

4）Y軸方向機械變形最大53石英晶體

石英晶體化學式為SiO2,是單晶體結構。圖表示了天然結構的石英晶體外形。它是一個正六面體。54Z軸為中軸（光軸）：光線沿該軸通過石英晶體無折射。x軸為電軸：壓電效應最強。y軸為機械軸：在電場的作用下沿該軸產生機械變形最明顯。55Oyzxmmm壓電常數矩陣d11=2.31×10-12(C/N)d14=0.74×10-12(C/N)石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應56正常情況下石英體中正負電荷處于平衡，外部呈中性。不受力yxyx晶體在x方向受力晶體在y方向受力正負電荷產生移動，出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。FyFyFxFx石英晶體壓電模型57P1P2P3當石英晶體未受外力作用時,正、負離子正好分布在正六邊形的頂角上,形成三個互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。如圖所示。xy石英晶體壓電模型58P1P2P3

當石英晶體受到沿x軸方向的壓力作用時,晶體沿x方向將產生壓縮變形,正負離子的相對位置也隨之變動。xy石英晶體壓電模型59P1P2P3

此時正負電荷重心不再重合,電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零xy石英晶體壓電模型60P1P2P3++++++++++++

------------

xy石英晶體壓電模型61P1P2P3++++++++++++

------------

電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、P3的增加而不等于零,在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷,電偶極矩在y方向上的分量仍為零,不出現(xiàn)電荷。xy石英晶體壓電模型62P1P2P3xy當晶體受到沿y軸方向的壓力作用時,晶體的變形如圖所示石英晶體壓電模型63P1P2P3xy石英晶體壓電模型64P1P2P3---------++++++++xy

P1增大,P2、P3

減小。在x軸上出現(xiàn)電荷,它的極性為x軸正向為負電荷。在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。石英晶體壓電模型65如果沿z軸方向施加作用力，因為晶體在x方向和y方向所產生的形變完全相同，所以正負電荷重心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力，晶體不會產生壓電效應。石英晶體壓電模型66

2、壓電陶瓷

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇,它有一定的極化方向,從而存在電場。在無外電場作用時,電疇在晶體中雜亂分布,它們的極化效應被相互抵消,壓電陶瓷內極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質。67壓電陶瓷—極化處理后的人工多晶鐵電體伸長剩余伸長極化前極化時極化后電疇無序排列電疇有序排列電疇基本有序68在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉動,趨向于按外電場方向的排列,從而使材料得到極化。外電場愈強,就有更多的電疇更完全地轉向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度,即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時,外電場去掉后,電疇的極化方向基本不變,即剩余極化強度很大,這時的材料才具有壓電特性。

壓電陶瓷69當陶瓷材料（剩余極化很強）受到外力作用時,電疇的界限發(fā)生移動,電疇發(fā)生偏轉,從而引起剩余極化強度的變化,因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。電荷量的大小與外力成正比關系:q=d33F式中:d33——

壓電陶瓷的壓電系數;F——作用力。壓電陶瓷的正壓電效應：70壓電陶瓷的壓電系數比石英晶體的大得多（約為石英的50倍）,所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關,它的參數也隨時間變化,從而使其壓電特性減弱。溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛,它是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（PbZrO3）組成，有較高的壓電系數和較高的工作溫度。71壓電常數：壓電效應強弱的參數，關系到壓電輸出的靈敏度彈性系數：材料的彈性常數，決定著器件的固有頻 率的動態(tài)特性介電常數：固有電容與介電常數有關電阻：絕緣電阻，可減少電荷泄漏，改善低頻特性居里點：材料開始喪失壓電特性的溫度,石英573°3、壓電材料的主要特性：725.3.3壓電元件1、等效電路壓電元件的兩電極間形成一個電容e—壓電陶瓷或石英晶體的介電常數s—極板面積h—壓電元件厚度當受外力作用時，產生電荷Q電荷等效：Q＝CaUa電壓等效：73↑QCaQ=CaUa↑Ua電荷等效電路電壓等效電路當不受外力時Q＝0，Ua＝02、壓電元件的串并聯(lián)多片壓電元件的組合74

＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－1）串聯(lián)

串聯(lián)使壓電傳感器時間常數減小，電壓靈敏度增大，適合于電壓輸出、高頻信號測量場合。2）并聯(lián)

并聯(lián)使壓電傳感器時間常數增大，電荷靈敏度增大，適合于電荷輸出、低頻信號測量場合。

＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－755.3.4測量電路1、壓電傳感的等效電路測量電路需接一個高輸入阻抗的前置放大電路。該放大器有電壓放大器和電荷放大器。實際等效電路壓電元件的Ca,Ra,電纜的Cc前置放大器的Ri,Ci76可簡化為定義電流2、電壓放大器77Z1＝R∥C＝電壓放大增益輸出電壓78：電荷靈敏度d因為所以轉換靈敏度具有一階高通濾波特性793、電荷放大器Z2＝RF∥CF＝理想運放條件下，R和C兩端電壓均為0，I全部流過Z280輸出電壓固有頻率也具有一階高通濾波特性靈敏度只與CF有關81將被測量的變化轉化為電容量變化的一種傳感器。電容式壓力傳感器5.4電容式壓力傳感器82一、基本原理平行平面型電容dSε圖1-2-2S—兩個極板相互覆蓋的面積d—兩個極板間的距離e—

板間介質的介電常數83當極板間有多層介質時：dSd1d2圖1-2-3d1,d2,….分別是各層的厚度e1,e2,….是各層的介電常數電容器并聯(lián)84平行曲面型電容圖1-2-4當當85按改變的參數：變極距、面積、介質按被測位移量：線位移、角位移按組成的方式：單一式、差動式按極板的形狀：平行平面型、平行曲面型865.4.1電容式傳感器工作原理與結構類型一、變極距型電容傳感器1.空氣介質變極距型（a單一式）靈敏度:初始時：移動后：dC87電容與極板的關系C＝f（d）不是線性關系一般的變極板間距傳感器中c＝20～100pfd＝25～200um△d＝2～10um主要應用于微位移的測量圖1-2-6泰勒級數展開88當時略去高次項近似線性如果考慮二次項由此可得出非線性誤差靈敏度89空氣介質變極距型（b差動式）ddc1c2x90移動后兩極板的電容分別為：則差動電容：91當時由此可得出非線性誤差非線性誤差降低靈敏度提高922.雙層介質變極距型（加云母或塑料膜以防電壓的擊穿）Sd2d1εr－固體介質的相對介電常數圖1-2-7單一式：差動式：式中93二、變面積型電容傳感器1.線位移式變面積型初始時：移動后：相對變化：靈敏度：定極板動極板圖1-2-8輸出特性為線性942.角位移式變面積型（差動結構）952.角位移式變面積型（差動結構）96初始時：d為極間距離，動極板轉動Δα后則：97柱面板變面積型98初始時：d為極間距離，動極板轉動Δα后則：同理：99三、變介質型電容傳感器測位移,濕度,厚度…

線位移式變介質差動結構初始時：：100變介質型電容傳感器有較多的結構型式,可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度,也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導電固體介質的濕度。101四、等效電路分析：電容器的損耗ABLRSRPCRp極板間泄漏電阻與介質損耗RS引線電阻（高頻）L電容器本身和外部引線電感（高頻）102有效電容∴電容的實際相對變化量：1035.4.2電容式傳感器的測量電路電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小,這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示,也很難為記錄儀所接受,不便于傳輸。電容轉換電路有調頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路等。104調頻測量電路調頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當輸入量導致電容量發(fā)生變化時,振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。105調頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度,可以測至0.01μm級位移變化量。頻率輸出易于用數字儀器測量和與計算機通訊,抗干擾能力強,可以發(fā)送、接收以實現(xiàn)遙測遙控。106運算放大器式電路107運算放大器的放大倍數K非常大,而且輸入阻抗Zi很高。運算放大器的這一特點可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測量電路。如果傳感器是一只平板電容,則Cx=εA/d,則有運算放大器的輸出電壓與極板間距離d呈線性關系108二極管雙T型交流電橋差動電容傳感器高頻電源(對稱方波)R1=R2=RVD1、VD2特性相同109當e為正半周時,二極管VD1導通、VD2截止110當e為負半周時,二極管VD2導通、VD1截止111其輸出在一個周期內的平均值為電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關,與T型網絡中的電容C1和C2的差值有關。1125.4.3應用1.電容壓力傳感器

當壓力P1、P2變化時，膜片3-和金屬層2組成差動電容發(fā)生變化，且與壓差△p＝P1-P2成正比。1132.電容轉速傳感器結構1-齒輪2-定極板3-電容傳感器4-頻率計

電容傳感器產生周期電信號，經測量電路轉換成脈沖信號，用頻率計顯示齒輪轉速。1143.差動式電容加速度傳感器1115

當傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速運動時,質量塊在慣性空間中相對靜止,而兩個固定電極將相對質量塊在垂直方向上產生大小正比于被測加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化,一個增加,一個減小,從而使C1、C2產生大小相等、符號相反的增量,此增量正比于被測加速度。電容式加速度傳感器的主要特點是頻率響應快和量程范圍大,大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質。116電容式料位傳感器測定電極安裝在罐的頂部,這樣在罐壁和測定電極之間就形成了一個電容器。117

當罐內放入被測物料時,由于被測物料介電常數的影響,傳感器的電容量將發(fā)生變化,電容量變化的大小與被測物料在罐內高度有關,且成比例變化。檢測出這種電容量的變化就可測定物料在罐內的高度。傳感器的靜電電容可由下式表示:式中:k——比例常數;εs——被測物料的相對介電常數;ε0——空氣的相對介電常數;118D——儲罐的內徑;d——測定電極的直徑;h——被測物料的高度。假定罐內沒有物料時的傳感器靜電電容為C0,放入物料后傳感器靜電電容為C1,則兩者電容差為ΔC=C1-C0

兩種介質常數差別越大,極徑D與d相差愈小,傳感器靈敏度就愈高。1195.5霍爾式壓力計霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器。1879年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應,但由于金屬材料的霍爾效應太弱而沒有得到應用。隨著半導體技術的發(fā)展,開始用半導體材料制成霍爾元件,由于它的霍爾效應顯著而得到應用和發(fā)展?；魻杺鞲衅鲝V泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量。120半導體薄片+磁場B+電流I電動勢EE⊥(B,I)1、霍爾效應

置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢。121（洛倫茲力）e——電子電荷量v——電子速度B——磁感應強度（電場力）EH——靜電場強度電荷累積達到動態(tài)平衡時122流過基片的電流稱激勵電流或控制電流：I=n×e×v×bdn——N型半導體載流子(電子)濃度I=p×e×v×bdp——P型半導體載流子(空穴)濃度

bd——與電流方向垂直的截面積霍爾電勢：其中：RH＝1/ne(N型半導體）——霍爾常數

1/pe(P型半導體）

KH＝RH/d——霍爾片靈敏度為提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀123霍爾元件激勵極間電阻(N型半導體）ρL/bd＝

R＝U/I=EL/I=vL/μnevbd其中：μ＝v/E——電子遷移率金屬半導體絕緣體電阻率小大大載流子遷移率高高低目前常用霍爾元件材料：鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導體材料。1242、霍爾元件(1)基本結構霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。1、1′引線（激勵/控制電極）施加激勵電源或電流2、2′引線（霍爾電極）為霍爾輸出引線。125

①額定激勵電流——霍爾元件自身溫升10℃所流過的激勵電流最大允許激勵電流——霍爾元件允許最大溫升對應的激勵電流。②輸入電阻——霍爾元件激勵電極間的電阻值；輸出電阻——霍爾電極輸出電勢對外等效為電壓源，其內阻值測量條件：B=0，t＝20℃±5℃③不等位電勢——理想條件I=0，B＝0→UH＝0；實際上，UH≠0(2)基本特性④寄生直流電勢——B＝0，I為交流時，交流UH＋直流電勢e。原因：激勵電極和霍爾電極接觸不良，造成整流現(xiàn)象；霍爾電極大小不對稱，熱容不同，散熱不同形成溫差電勢126不等位電壓U0霍爾電極裝在不同等位面上，產生不等位電壓U0霍爾元件的不均勻電阻率或厚度也會產不等位電壓(3)不等位電勢補償激勵電極接觸不良造成激勵電流分布不均勻127電橋補償辦法

將霍爾元件看成四臂電橋，不等位電壓相當于電橋不滿足平衡條件下的不平衡輸出電壓，因而可以外接電阻以補償其橋路的不平衡輸出。

不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數量級，有時甚至超過之，在使用中要消除不等位電勢是困難的，為此必須采用補償方法。128

霍爾元件由半導體構成，許多參數具有較大溫度系數。當溫度發(fā)生改變時，其載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數都隨溫度變化，產生溫度誤差。

通過選用溫度系數小的元件或采用恒溫措施可以減小霍爾元件溫度誤差。(4)溫度補償129①

恒流源供電，并聯(lián)電阻保持升溫前后霍爾電勢不變，則有：當T0?T即只需滿足：130②

恒壓源供電，串聯(lián)電阻當T0?T即只需滿足：保持升溫前后霍爾電勢不變，則有：131③合理選擇負載電阻RL的值

霍爾元件的輸出電阻和霍爾電勢與元件溫度有一定的函數關系，可選擇負載電阻RL的值使得輸出電壓UL不隨溫度變化。令則得到132為了增加輸出的霍爾電壓、功率直流供電時控制電流端并聯(lián)霍爾元件串聯(lián)交流供電時輸出通過變壓器耦合3、霍爾式傳感器1334、霍爾式傳感器的應用

霍爾電勢是關于I、B、

三個變量的函數，即EH=KHIBcos

。利用這個關系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。134（1）當B恒定，UH與I呈線性關系（2）當I恒定，UH與B成正比（3）當I恒定，元件在均勻梯度磁場中運動時直接測量電流能轉換成電流的其它物理量測量交、直流磁感應強度可測量微位移，以及壓力、加速度、振動等1355.6電子秤5.6.1電子秤工作原理機械秤工作原理是以已知砝碼重量去平衡未知質量。電子秤工作原理采用稱重傳感器測量被測物體質量受地球引力的大小。1361375.6.2壓磁式