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《自动检测技术 第3版 教学课件 作者 马西秦 第2章 电阻传感器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第二章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。测量电路自动测力或称重中应用最普遍的是电阻应变式传感器，应变式传感器有下列优点：1.精确度，线性度好，灵敏度高2.滞后和蠕变都较小，寿命高3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测4.结构较简单，体积较小应用灵活5.工作稳定、保养方便应变式传感器除可用于测量力参数外，还可用于测量加速度，振幅等其他物理量。第一节电阻应变式传感器应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将被测量转换为电量输出的一种传感器。一、电阻
2、应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化。取一根长度为L，截面积为S，电阻率为的金属丝，未受力时其电阻R为当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔA（取负号）,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值相对变化量为式中ΔL/L是长度相对变化量,用应变ε表示ΔA/A为电阻丝的截面积相对变化量,因由材料力学,在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向伸长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向应变的关系可表示为式中:μ——材料的泊松比,负号表示应变方向相反。ε——材料的应变以ε取
3、代和，得从上式中提出ε，得材料的灵敏度系数K0取决于两个因素（1）材料几何尺寸的改变。见上式中的项。（2）应变引起的电阻率改变。见上式中的项。结论：金属材料的主要受前者影响；非金属材料主要受后者影响！K0为灵敏度系数------单位应变能引起的电阻变化。二、电阻应变片的结构1.金属电阻应变片用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。2.半导体应变片体型薄膜型扩散型导体应变片三、应变片的粘贴技术应变片的检查与选择试
4、件的表面处理底层处理贴片固化粘贴质量检查引线焊接与组桥连接四、测量电路作用：将电阻的变化转换为电压输出。(一)直流电桥空载电压：直流电源U输出电压R’等效电阻：直流电桥交流电桥直流电桥平衡条件：等臂电桥输出对称电桥电源对称电桥1.直流电桥的电流输出如果直流电桥带一个具有内阻Rg的负载,将输出电流Ig.电流输出电路及其等效电路:(E’=U0)由等效电路可求得Ig、Ug的一般表达式:*当阻抗匹配即Rg=R’时,Ig、Ug表达式可简化为:设R1为应变电阻，当电阻增加∆R时，由Ig简化算式：得输出电流为：即（2）阻抗
5、匹配的电源对称电桥，也有（1）阻抗匹配的输出对称电桥（3）阻抗匹配的等臂电桥，有2.直流电桥的电压输出如果直流电桥输出带运算放大器，负载电阻Rg≈∞,输出电流Ig≈0，输出电压即可认为是电桥电路的开路电压：对于输出对称电桥（右图）即对于电源对称电桥对于等臂电桥直流电桥实用电路----等臂电桥全桥工作电路特征：四个电阻相同四个电阻全为应变电阻（两个被拉长，两个被压短）与单臂应变相比，灵敏度扩大4倍！(二)交流电桥交流电桥采用正弦交流电源U，电源频率取被测应变频率的5~10倍。各桥臂采用应变片或定值精密无感电阻。在频
6、率较高时，必须考虑分布电容的影响。如：等。Z1Z2Z3Z4设正弦交流电源则输出交流电压交流电桥平衡条件：或（1）等臂电桥单臂应变情况下（2）等臂电桥双臂应变情况下(三)电桥的线路补偿（1）初始平衡补偿对平衡位置（零点）的改变进行的补偿。如果某一对桥臂电阻的乘积较小，可对这两个电阻中的任一个串联小的补偿电阻进行补偿，以满足电桥的初始平衡条件。补偿电阻（2）温度补偿a.补偿片补偿b.热敏电阻补偿补偿应变片置于相同现场温度不受力受力工作应变片热敏电阻调零如图中R2、R4桥臂的总温度系数低,可采用高温度系数的RT进行补偿
7、（3）弹性模量补偿弹性材料受环境影响，如升温变软，弹性模量减小；老化变硬，弹性模量增大等。对于升温变软，可采用铜丝或镍丝制成补偿电阻RE进行补偿。温度补偿调零弹性模量补偿分析：当弹性材料升温变软，同样受力引起的应变ε增大，测量电路输出会增大。加上RE之后，由于RE升温增大，电桥电路供电电压减小，补偿了升温引起的输出增大。五、电阻应变式传感器的应用（一）测力与称重传感器（二）压力传感器补偿片工作片膜片应变片插座（三）加速度传感器质量块应变梁应变片阻尼液密封垫接线板底座（四）位移传感器弹簧插头座应变片等宽悬臂梁调整螺
8、钉顶杆第二节固态压阻式传感器--------半导体传感器压阻效应：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种现象叫压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。半导体压阻式传感器分类①粘贴式应变片②扩散硅型压阻传感器特点：灵敏系数大，分辨率高，动态响应快，体积小，温度范围宽，便于批量生产，易于集成化、智能化。本节介绍扩散硅型压阻传感器设半导体材料的压阻系数为，材料受到的应力为σ，
