应变式传感器应用举例课件.ppt

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1、2．电压灵敏度若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥输出的电压为:(2-26)设桥臂比n=R2/R1,由于ΔR1<

2、曲线的偏差称为绝对非线性误差；绝对非线性误差与理想的线性特性曲线的比称为相对非线性误差，用r表示。3．非线性误差及其补偿方法（2-32）①提高桥臂比从（2-32）式可知，提高桥臂比n可使非线性误差减小；但电桥电压灵敏度SV将降低。为了不降低SV，必须适当提高供桥电压E。（2）减小或消除非线性误差的方法②采用差动电桥a.半桥差动图2-12半桥差动电路ERLR2-ΔR2R4R1+ΔR1R3U0如果桥臂电阻R1和邻边桥臂电阻R2都由应变片替代，且使一个应变片受拉，另一个受压，这种接法称为半桥差动工作电路。结论：U0与ΔR1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误

3、差；电压灵敏度SV=E/2，比使用单只应变片提高了一倍。当电桥开路时，不平衡电桥输出的电压为：若，则：b.全桥差动若满足ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4则输出电压为：可见：全桥差动电桥也无非线性误差；电压敏度SV=E是使用单只应变片的4倍，比半桥差动提高了一倍。ERLR2-ΔR2R4+ΔR4R1+ΔR1U0图2-12全桥差动电路R3-ΔR32.4.2交流电桥1．交流电桥平衡条件交流电桥输出电压为：所以桥路平衡条件为：USRZ2Z4Z1Z3USC图2-14交流电桥~设各桥臂阻抗为:Z1=r1+jx1=z1exp(jφ1)Z2=r2+jx2=z2exp(jφ2

4、)Z3=r3+jx3=z3exp(jφ3)Z4=r4+jx4=z4exp(jφ4)(2-38)得交流电桥平衡条件的另一形式：z1z4=z2z3φ1+φ4=φ2+φ3或：r1r4-r2r3=x1x4-x2x3r1x4+r4x1=r2x3+r3x2(2-39)(2-40)2.交流电桥的不平衡状态①单臂交流电桥②半桥差动电路③全桥差动电路3.交流电桥的调平方法由于引线产生的分布电容的容抗(引线电感忽略)、供电电源的频率及被测应变片的性能差异，交流电桥的初始平衡条件和输出特性都将受到严重影响，因此必须对电桥预调平衡。交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整或阻容调整

5、的方法。直流电桥的调平方法（a）（b）（c）WR2R3R4R1W2R2R3R4R1W1WR2R1R3R4图2-15交流电桥平衡调节USRR2R4R1R3USC~C1C2C3C4USRR2R4R3USC~R1半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措施外，一般还采用恒流源.2.4.3恒流源电桥IR2R4R1R3USC图2-14恒流源电桥←I1I2若右图所示的电路输入阻抗较高，则有：I1(R1+R2)=I2(R3+R4)I=I1+I21.电桥输出电压与电阻变化量的关系解该方程组得:输出电压为:若电桥初始平衡，且R=R2=

6、R3=R4=R，当第一桥臂电阻R1变为R1+ΔR1时，电桥输出电压为：若满足ΔR1<

7、生变化。详见本书2.1.3中的半导体应变片的工作原理。2.5.2压阻系数对半导体材料对金属材料电阻相对变化量1.压阻系数的定义半导体电阻的相对变化近似等于电阻率的相对变化，而电阻率的相对变化与应力成正比，二者的比例系数定义为压阻系数。压阻系数为:影响压阻系数因素：扩散电阻的表面杂质浓度和温度。扩散杂质浓度NS增加时，压阻系数就会减小。压阻系数与扩散电阻表面杂质浓度NS的关系如图。2.影响压阻系数的因素120140100806040201018101910201021表面杂质浓度NS(cm-3)P型Si(πl)N型Si(-πl)πl(×10-11m2/N)

8、T=24℃压阻系数与表面杂质浓度NS的关系1—N-Si膜片2—P-Si导电层3—