《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第4章

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1、第四章阻抗型传感器４.1电阻式传感器４.1.1电位器式传感器一、组成原理二、输入—输出特性1．线性特性——线性电位器式中L——触点行程x——触点位移2．非线性特性——非线性电位器　　　　非线性函数　　　　三、结构形式2．非接触式――光电电位器图4－1－2（c）五、用途：①测量位移；②测量可转化为位移的其他非电量4.1.2电阻式应变传感器和固态压阻式传感器一、电阻式应变传感器（一）电阻应变效应——应变使电阻变化1．应变：图4-1-3纵向线应变横向线应为泊松比面应变体应变2．导体电阻及其变化金属材料

2、半导体材料——压阻系数E——弹性模量3．应变效应表达式：（应变材料的灵敏系数）：金属材料约1.0~2半导体材料约50~100（二）电阻应变片1、组成结构——图4-1-43、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致）4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比——试件表面纵向线应变——试件表面横向线应变——纵向灵敏系数，——横向灵敏系数——横向效应系数应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数5、温度误差的产生及危害1）温度误差产生原因①应变电阻随温度变化②试件材料

3、与应变法的线膨胀系数不一致2）温度误差的危害――产生应变测量误差即“虚假视应变”温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为二、固态压阻式传感器（一）半导体压阻效应——应力使半导体电阻率变化（二）固态电阻式传感器特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件，优点：无须粘贴，便于传感器的集成化缺点：易受温度影响。4.1.3热电阻和热敏电阻一、热电阻——金属电阻1．电阻——温度特性（正温度特性）①近似公式：一般故——近似线性——电阻温度系数②百度电阻比：——一般为100Ω

4、、50Ω两种③分度表——温度t与电阻阻值Rt的对照数据表。2．对热电阻材料的要求①温度特性的线性度好②温度系数大且稳定③电阻率大④物理化学性能稳定3．常用热电阻W（100）测温范围价格温度系数①铂电阻≥1.391-200°~650°昂贵高低②铜电阻≥1.425-50°~150°低廉差高二、热敏电阻——半导体电阻1、类型图4-1-7PTCPositivetemperaturecoefficientCTCcriticaltemperaturecoefficientNTCnegativetempera

5、turecoefficientNTC——常用于温度测量和温度补偿PTC、CTC——常用作开关元件2．结构及符号——图4-1-83．NTC热敏电阻①电阻——温度特性因为所以结论：1°温度系数比热电阻大几十倍2°非线性比热电阻严重②伏安特性——图4-1-10应根据允许功能确定电流4.1.4气敏电阻一、工作原理半导体陶瓷与气体接触时电阻发生变化；接触氧化性气体，电阻↑接触还原性气体，电阻↓浓度越大，电阻变化越大用途：气体识别，浓度检测二、材料与组成1．材料——SnO2应用最广2．组成气敏电阻体加热器3

6、．电路符号图4－1－17①旁热式图4－1－17(a)(b)②直热式图4－1－17(c)4.1.5湿敏电阻一、氯化化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。氯化锂溶液的当量电导随着溶液浓度的增高而下降。环境的相对湿度高，氯化锂溶液将因吸收水份而浓度降低；反之，环境的相对湿度低，则氯化锂溶液的浓度就高。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化，从而实现了湿度的测量。二、半导瓷湿敏电阻特性的结构1．湿敏特性正特性湿度↑→电阻↑负特性湿度↑→电阻↓2．典型结构烧

7、结型正湿敏特性涂复膜型负湿敏特性三、高分子膜湿敏电阻是采用人工合成的有机高分子膜作为湿敏材料的电阻式湿度传感器(1)碳湿敏电阻（2）聚苯乙烯磺酸锂湿敏电阻4.1.6电阻传感器接口电路一、电桥电路（一）惠斯顿电桥图４-1-１42、电桥开路输出电压：恒压源供电时恒流源供电时表4-1-1列出了这几种情况下电桥输出电压的计算公式。表4-1-1中表示被测非电量x引起的传感器电阻的变化，表示温度引起的传感器电阻的变化，e表示不考虑温度影响时的非线性误差。表4-1-1传感器电桥几种工作情况的对比传感器电桥的工

8、作情况恒压源供电恒流源供电图4-1-15(a)图4-1-15(b)图4-1-15(c)图4-1-15(d)（）当时3、几点结论：1）由于温度引起的电阻变化是相同的，因此，如果电阻传感器接在电桥的相邻两臂，温度引起的电阻变化将相互抵消，其影响将减小或消除；2）被测非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相同，则应将这两电阻传感器接在电桥的相对两臂，但是这只能提高电桥输出电压，并不能减小温度变化的影响和非线性误差。3）被测非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相反，则应将这两电阻传感器接在电桥的相邻两臂，