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1、第二章 电阻式传感器,第一节 应变式传感器第二节 压阻式传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,电阻式传感器的分类,电位计式：,属于大电阻变化型，R：0R传,属于微电阻变化型，R：020%R传,应变式：,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第一节 应变式传感器,优点结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；易于实现测试过程自动化和多点同步测量，以及远距测量和遥测； 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量； 可测多种物理量，如：位移、加速度、力、力矩、压力等。,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第一节 应变式传感器,一、工作原理（一）金属的电阻应变效应 当金属丝在外力作用下发生机械
2、变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。,根据欧姆定律：,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,一、工作原理,称为泊松比,电阻丝的灵敏系数:单位应变引起的电阻值相对变化,对金属丝而言,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,一、工作原理,（二）应变片的基本结构及测量原理,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,二、应变片的种类,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,三、金属应变片的主要特性,（一）灵敏系数,（二）横向效应 采用箔式应变片可减小,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,三、金属应变片的主要特性,（三）机械滞后、零点漂移和蠕变 用于衡量应变片特性对时间的稳定
3、性（四）应变极限和疲劳寿命 应变极限是指在一定温度下，应变片的指示应变与试件的真实应变的相对误差达规定值时的真实应变值。 在恒定幅值的交变力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数N称为应变片的疲劳寿命。（五）绝缘电阻和最大工作电流 绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值。通常要求在50100M以上。 最大工作电流是指已安装的应变片，允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流 。通常静态测量时取25mA左右，动态测量时取75100mA,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,测量过程,力、压力,应变变化,电阻变化,电压或电流的变化并显示和记录,传感器与检测技术
4、,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,（一）直流电桥,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,由分压器原理，从上图(a)可知，负载电流为,当IL=0时，电桥平衡，此时的输出电压UO=0，电桥平衡的条件为R1/R2=R3/R4 设R1为工作应变片，应变将使其阻值变化R1，R2，R3，R4为固定电阻，并设RL=，则有,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,设桥臂比n=R2/R1 ，则有,电桥灵敏度定义为,则此电桥的电压灵敏度为,当n=1，即R1=R2时，ku取最大值 ku=U/4,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,半桥和全桥,假设R1=R2=R3=R4,半桥单臂
5、,半桥双臂,全桥,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,讨论,电桥接法与电桥灵敏度的关系： S半桥单臂：S半桥双臂：S全桥=1：2：4 电桥联接的规律 电阻变化符号相反的联入相邻臂中 电阻变化符号相同的联入相对臂中桥臂电阻数与输出之关系,单纯的增加桥臂电阻数不会增加输出，但可以起平均作用及消除干扰的作用。,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,（二）交流电桥,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,其输出电压为,其初始平衡条件为Z1Z4=Z2Z3也可写为,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,若电桥初始时已平衡，设应变将使Z1变化Z1，而Z2，Z
6、3，Z4不变，类似地可得,对上图(b)所示的半桥交流应变电桥，其平衡条件为,即,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,四、转换电路,此电桥一般采用差动式全等臂半桥，即取R1=R2=R3=R4=R，当应变片受到应变时，R1增加R，R2减小R，其输出电压为,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,五、温度误差及其补偿,(一)温度误差敏感栅电阻随温度的变化引起的误差 试件材料的线膨胀引起的误差(二)温度补偿自补偿法 1）单丝自补偿法 2）组合式自补偿法 a.选用两者具有不同符号的电阻温度系数 b.两种串接的电阻丝具有相同符号的温度系数,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,五、温度误差及其补偿,
7、2. 线路补偿法1）电桥补偿法,2）采用差动电桥补偿法,3）热敏电阻补偿法,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,六、应变式传感器举例,1、测结构的应变或应力,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,六、应变式传感器举例,2、与弹性元件结合构成各种应变式传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,应变式加速度传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,应变式压力传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,应变式力传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,一、基本工作原理压阻效应：半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。电阻的
8、变化主要是由电阻率的变化/引起的，因此,L 压阻效应系数 E 弹性模数实验表明： L E1+2压阻式传感器的灵敏系数,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,具有立方对称性的晶体的压阻系数，可用以下矩阵描述：,在应力作用下电阻变化率为,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,二、类型与特点1.半导体应变式传感器 2.扩散型压阻式传感器 3.压阻式传感器的特点优点（1）灵敏度高；（2）分辨率高，精度高（3）频率响应，是一个很好的动态传感器；（4）体积小，重量轻，可做微型传感器； （5）没有运动组件，所以工作可靠、耐振、耐冲击、耐腐蚀、抗干扰力强，可工作在较恶劣的环境之中。缺点受温度影响大，制造工艺复杂。,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,三、温度误差及其补偿 零位漂移 ：扩散电阻引起灵敏度漂移 ：压阻系数引起,电桥输出,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,四、压阻式传感器举例（一）半导体应变式传感器（二）压阻式压力传感器,传感器与检测技术,第二章 电阻式传感器,第二节 压阻式传感器,
