感测技术第4章.doc

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1、U!■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、组成原理图4一1・1组成电阻器滑臂［直线形［园弧形「把位移x转换为电阻仏工作原理I把位移x转换为电压5二、输入一输出特性1.线性特性——线性电位器U——xL式小L——触点行程触点位移线位移角位移2.非线性特性——非线性电位器Rx=/(%)非线性函数Ux=^-f(x)三、结构形式r线性电位器「线绕电位器1.接触式I非线性电位器I非线绕电位器2.非接触式一一光电电位器图4一1一2(氧化铝上沉积硫化镉作为光电导层)五、用途：①测量位移；②测量可转化为位移的其他非电量4丄2电阻式应变传感器和固态

2、压阻式传感器一、电阻式应变传感器(%1)应变电阻效应应变使电阻变化1、应变：4-1-3纵向线应变s=dUldr/r横向线应变也・/厂=一遊“=泊松比dr//面应变体应变——dr小dAIA=2——=-2jlisrdV/V=-+—=(1-2^LA2、导体电阻及其变化dR~RdLdA八宀、dp=T-T=(1+2^+7金屈材料半导体材料立P=庇£7T——压阻系数E——弹性模量3、应变效应表达式：凹处（应变材料的灵敏系数）:金属材料Kq=(1+2“)+c(l—2“)~1+2//约1.0〜2半导体材料K（）=（1+2“）+庇q庇约50〜100（二）电阻应变片1、组成

3、结构——图4・1・4丝式应变片2•分类金属应变片（半导体应变片箔式应为片薄膜应变片3、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、应变片灵敏系数一一应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变Z比K-沁£AD—=2+kysy=kx（1+=ksx试件表面纵ILj线应变£、试件表面横向线应变纵向灵敏系数，ky——横向灵敏系数H=ky/kx——横向效应系数应变片灵敏系数小于丿应变电阻材料灵敏系数k=kx（+aH）

4、可近似为U（a/?9a/?.a/?4可+站兀菲线性误并近似为A/?.+——+R2结论：1）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）非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相同，则应将这两电阻传器接在电桥的相对两臂，但是这以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即构成弟动电桥，这既能提高电桥输出电压，又能减小温度变化的影响和非线性误差。2、应变电桥接入应变片的电桥bTJ1）单应变片工作：U.=—^bTJ2）

5、双应变片工作:t/0=—（^-6：2）kTJ%1一片受拉，另一片受压，即£2=・5,5%1一片承受纵向应变£x,即ei=£x,另一片承受横向应变£y,即£2=£k[Jy。因8y=-H£x,（u为泊松比），t/0=—（1+//）^.3）四应变片工作:①两片受拉，另两一片受压1=£3=£x,e2=£4=-£x,UQ=kU£x②两片承受纵向应变EX,另两片承受横向皿变eye1=£3=EX,E2=eku4=ey,ey=-Uex(P为泊松比)，UQ=——(1+//)^.（四）温度误羌及其补偿1、温度误差产生原因①应变电阻随温度变化Rla=他(1+血)%1试件材料与

6、应变法的线膨胀系数不一致L口=A)(1+04)Lg(=Zo(1+psAr)AZ=lgt-lst=/0(/Jg-(3S)Ar2、温度误差的危害一一产生应变测量误差即“虚假视应变”温度变化产生的丿应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为6=5+勺=才&+（0尺一0）&=0+0#_0）$3、补偿温度误差的办法①补偿块法图4—1・7A/?,=A/?l£+A/?lr亍R=£(£+£/),②差动电桥法如果两M变片型号参数、所处环境温度及所粘贴材料均相同，只要将两应变片接入电桥的相邻两臂，就可消除温度变化引起的测最误差。二、固态压阻式传感器（一）半导体压阻效应—

7、—应力＜7使半导体电阻率变化冬=疋PdpP=tiEs»(1+2〃)gdRdp-——u——=7tE£=710RP（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。需温度补偿或在恒温条件下使用。（三）温度误差及其补偿1、温度误差产生原因1°电阻随温度变化——（电桥输出）零位漂移2°温度t压阻系数兀I-（电桥输出）灵敏度漂移2、温度补偿电路——图4-1-8I°零位温漂补偿：Rp——起补偿作用Rs——起调零作用2°灵敏度温漂补偿一一二极管V；圧降随温度升高而下降。4.1.3热电阻

8、和热敏电阻一、热电阻——金属电阻1.电阻——温度特性rT->/?T（正温度特性）