傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用Ch2電阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用CH2電阻式傳感器DCI’R’環(huán)境溫度T’TRI溫度傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用基本原理將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再由轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。主要類型應(yīng)變式壓阻式CH2電阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用應(yīng)力與應(yīng)變橫截面積A外力F內(nèi)力F’一、應(yīng)力σ=(pa或者N/m2)FAF=F’應(yīng)力：由外力引起的內(nèi)力集度傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用應(yīng)力與應(yīng)變二、應(yīng)變FF軸向應(yīng)變ε＝△l/l(1)徑向應(yīng)變γ＝△r/r(2)γ＝-με(μ泊松比)(3)傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用應(yīng)力與應(yīng)變二、應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系E:楊氏彈性模量σ＝εE傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用應(yīng)力與應(yīng)變二、應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系A(chǔ)=1cm×1cmF=10kN(1)(2)=485uε(3)傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用一、工作原理橫截面：A長度：l半徑：r電阻率：ρ

橫截面：A+△A

長度：l+△l

半徑：r+△r

電阻率：ρ+△ρ

FF§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用機(jī)械變形滿足關(guān)系式：

γ＝-με(μ泊松比)軸向應(yīng)變ε＝△l/l徑向應(yīng)變γ＝△r/r一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用電阻變化初始阻值(1)相對變化(2)(3)(1+2μ)(4)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用(1+2μ)阻值變化金屬導(dǎo)體≈0(1+2μ)≈K(5)一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器幾何變形電阻率變化傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用(1+2μ)≈K電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測物體變形轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感器。一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用(1+2μ)阻值變化幾何變形電阻率變化一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用如何應(yīng)用應(yīng)變式傳感器進(jìn)行測量？敏感柵一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用應(yīng)變片一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器如何應(yīng)用應(yīng)變式傳感器進(jìn)行測量？傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用σ＝εE一、工作原理§1應(yīng)變式傳感器如何應(yīng)用應(yīng)變式傳感器進(jìn)行測量？傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用金屬絲式金屬箔式金屬薄膜式根據(jù)敏感柵分：二、類型與結(jié)構(gòu)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用金屬絲式特點(diǎn)：制作簡單、成本低廉、使用方便、性能穩(wěn)定、存在橫向效應(yīng)。二、類型與結(jié)構(gòu)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用特點(diǎn)：（1）可制成復(fù)雜形狀的敏感柵；（2）與試件接觸面積大，粘結(jié)與散熱性好；（3）橫向效應(yīng)??；（4）電阻值分散性大。金屬箔式二、類型與結(jié)構(gòu)-----§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用（1）機(jī)械性能發(fā)生極大的改變；（2）無需與基體粘貼，消除滯后；（3）適于批量生產(chǎn)；（4）允許電流密度大，靈敏系數(shù)大，溫度影響?。籾m的薄膜敏感柵。特點(diǎn)：金屬薄膜式二、類型與結(jié)構(gòu)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用1、靈敏系數(shù)（1）與金屬材料有關(guān)，常選用K較大的合金材料；(1+2μ)≈K

K稱為靈敏系數(shù)，k＝(1+2μ)，一般為2左右（2）實(shí)際的金屬應(yīng)變片比金屬絲的K值小.三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用2、機(jī)械滯后原因：主要是敏感柵、基底和粘合層在承受機(jī)械應(yīng)變后所留下的殘余變形所造成的。應(yīng)變片安裝在試件上，在一定溫度下，其加載特性與卸載特性不重合，它們的最大差值稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用3、零漂和蠕變粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定、不承受機(jī)械應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零漂。三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間而變化的特性，稱為應(yīng)變片的蠕變。蠕變中包含零漂，零漂是蠕變的特例。3、零漂和蠕變?nèi)?、特性指?biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用4、橫向效應(yīng)△R1△R2彎成敏感柵以后，長度不變，但由于弧段的存在，△R1>△R2,所以靈敏系數(shù)k減小，這種現(xiàn)象就是橫向效應(yīng)。三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用5、其他特性（1）最大工作電流；（2）絕緣電阻；（3）電阻值R.

如何選擇這些參數(shù)？三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用三、特性指標(biāo)§1應(yīng)變式傳感器A=1cm×1cmF=10kN應(yīng)變片：標(biāo)稱電阻R＝120Ω靈敏度系數(shù)K＝2120×2×485×10－6＝0.12Ω0.1%傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用（1）金屬導(dǎo)體≈0(1+2μ)（2）半導(dǎo)體《(1+2μ)阻值變化幾何變形電阻率變化一、工作原理§2壓阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用半導(dǎo)體這個(gè)式子表達(dá)的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)，即半導(dǎo)體材料受力作用時(shí)，電阻率發(fā)生變化。壓阻式傳感器就是利用壓阻效應(yīng)工作的。一、工作原理§2壓阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用1、粘貼式2、擴(kuò)散型一、工作原理§2壓阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用靈敏系數(shù)Kb＝60～150，靈敏系數(shù)特別大，這是壓阻式傳感器的突出特點(diǎn)；不存在橫向效應(yīng)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性對溫度非常敏感。阻值變化：＝Kb一、工作原理§2壓阻式傳感器傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用被測量X△R電流I電壓U傳感器轉(zhuǎn)換電路直流電橋轉(zhuǎn)換電路交流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用UoR2R3R4R1CBDA一、直流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用平衡時(shí)：UB=UDUAB=UADUBC=UDCI1=IAB=IBCI2=IAD=IDCI1R1=I2R3I1R2=I2R4條件：R4/R3=R2/R1UoR2R3R4R1CBDAI1I2一、直流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用R1R4=R2R3R4/R3=R2/R1=nn－橋臂比平衡條件：一、直流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用Uo＝UB－UDUUoR2R3R4+△RR1CBDA時(shí)一、直流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用Ku＝Un(1+n)2電橋靈敏度：（1）Ku與輸入電壓有關(guān)；U0=U4△

R

R（2）Ku與n有關(guān)。（何時(shí)Ku最大）？一、直流電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用如何克服直流單臂電橋的非線性問題？差動技術(shù)：f(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxnf(-x)=a0-a1x+a2x2+…+an(-x)n△f(x)=2a1x+2a3x3+…二、差動電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用U0=U2△

R

RUUoR2R4-△RR3CBDA+△RR1二、差動電橋§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用三、恒流源§3轉(zhuǎn)換電路恒流源如何減小非線性？傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用

用應(yīng)變片測量時(shí)，由于環(huán)境溫度變化而引起電阻變化，由此而產(chǎn)生的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用原因敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路△t－溫度增量－電阻溫度系數(shù)傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用原因②試件材料的線膨脹引起的誤差三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路－靈敏度系數(shù)－試件膨脹系數(shù)－應(yīng)變片膨脹系數(shù)傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用原因總的誤差三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路熱輸出傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用方法（1）自補(bǔ)償法三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路對于給定的試件，通過對敏感柵材料合適的熱處理工藝、改變合金成份等措施，使得at

滿足上式?；騼啥尾煌馁|(zhì)的敏感柵串接，使得△R1＝－△R2傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用（2）線路補(bǔ)償法接入消除溫度影響的電阻。如差動補(bǔ)償、熱敏電阻、補(bǔ)償電阻。三、溫度誤差與補(bǔ)償§3轉(zhuǎn)換電路R1RcR1Rc傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用1、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、性能穩(wěn)定、可靠、適應(yīng)性強(qiáng),信號處理簡單，能適應(yīng)較大的振動和沖擊，抗輻射能力強(qiáng)；2、靈敏度、精度高、動態(tài)測量，測量范圍大；3、便于多點(diǎn)測量、遠(yuǎn)距離測量和遙測；4、壓阻式靈敏系數(shù)大、分辨率高、頻率響應(yīng)高、體積小、適于半導(dǎo)體工藝、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小、但易受溫度影響、機(jī)械強(qiáng)度差。一、應(yīng)用特點(diǎn)與范圍§4應(yīng)用傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用綜合誤差在1.0%-0.1%，高精度力傳感器已能達(dá)到0.03%-0.01%。壓力：104-109Pa；力：7N一、應(yīng)用特點(diǎn)與范圍§4應(yīng)用傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用1、應(yīng)變、應(yīng)力；2、力，如拉力、壓力、壓強(qiáng)、扭矩；3、加速度、位移等。一、應(yīng)用特點(diǎn)與范圍§4應(yīng)用廣泛用于測應(yīng)力、應(yīng)變、力、稱重、位移、加速度及扭矩等，并且在力學(xué)量傳感器中，電阻應(yīng)變式傳感器至今仍占有主導(dǎo)地位。傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用一、應(yīng)用特點(diǎn)與范圍§4應(yīng)用建筑上常用應(yīng)變片檢測建筑物的所承受的應(yīng)力和應(yīng)變。如大壩、立交橋的立柱等。可以長時(shí)間檢測。粘貼在建筑物表面；澆注在混凝土中。傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用二、應(yīng)用舉例§4應(yīng)用傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用二、應(yīng)用舉例§4應(yīng)用傳感技術(shù)與測控電路應(yīng)用二、應(yīng)用舉例§