第2章-電阻式傳感器

1、總課時：8 學時 講授： 6 學時 實驗： 2 學時 電位計式：電位計式： 應變式應變式 壓阻式：壓阻式： 物理量變化物理量變化電阻變化電阻變化 傳感元件傳感元件 屬于大電阻變化型，屬于大電阻變化型，R：0R傳傳 物理量變化物理量變化變形變形 （應力、應變）（應力、應變） 敏感元件敏感元件 屬于微電阻變化型，屬于微電阻變化型，R：020%R傳傳 傳感元件傳感元件 電阻變化電阻變化 1、定義：、定義：電阻式傳感器是將非電量電阻式傳感器是將非電量(如力、位移、如力、位移、 形變、速度和加速度等形變、速度和加速度等)的變化量變換成與之成一的變化量變換成與之成一 定關系的電阻值的變化，通過對電阻值的測

2、量達定關系的電阻值的變化，通過對電阻值的測量達 到對上述非電量測量的目的。到對上述非電量測量的目的。 2、分類、分類 2 .1、線繞式電位器傳感器、線繞式電位器傳感器: 1 1、線繞電位器結構和工作原理：、線繞電位器結構和工作原理： 線繞電位器式傳感器的工作原理，可由線繞電位器式傳感器的工作原理，可由圖圖21 來說明。若線繞電位器的繞線截面積均勻，則來說明。若線繞電位器的繞線截面積均勻，則R變變 化均勻化均勻(線性線性)。圖。圖21中的為工作電壓中的為工作電壓 ， 為負為負 載電阻兩端的輸出電壓，載電阻兩端的輸出電壓，x為線繞電位器電刷移動為線繞電位器電刷移動 的長度、的長度、L為其總長度，對

3、應于電刷移動量為其總長度，對應于電刷移動量x的電的電 阻值為阻值為 。 i U i U 0 U x R L R X x R l U i I R L a b c R l U 0 x R x U i 圖圖2-1繞線式繞線式工作原理圖工作原理圖 若電位器為空載若電位器為空載( )時，根據分壓原理得：時，根據分壓原理得： L R 0 x i R UU R 而對應的電阻變化為而對應的電阻變化為： x Rx Rl xR x RR S x l （2-1） （2-2） 將式（將式（2-2）代入式（）代入式（2-1）得）得： 0iV x UUS x L （2-3） 式中：式中： 、 分別為線繞的電阻和帶電壓靈敏

4、度，它分別為線繞的電阻和帶電壓靈敏度，它 們分別表明電刷單位位移所能引起的輸出電阻和輸出們分別表明電刷單位位移所能引起的輸出電阻和輸出 電壓的變化量。電壓的變化量。 、 均為常數(shù)。上述分析表明改變均為常數(shù)。上述分析表明改變 測量電阻值所引起輸出電壓的的變化為線性變化。測量電阻值所引起輸出電壓的的變化為線性變化。 圖圖21表示了表示了電位器的工作原理：電位器的工作原理：電刷相對于電阻阻電刷相對于電阻阻 元件的運動可以是直線運動、轉動和螺旋運動，因而元件的運動可以是直線運動、轉動和螺旋運動，因而 可以將直線位移或角位移轉換為與其成一定函數(shù)關系可以將直線位移或角位移轉換為與其成一定函數(shù)關系 的電阻或

5、電壓輸出。它除了用于的電阻或電壓輸出。它除了用于線位移線位移和和角位移角位移測量測量 外，還用于測量外，還用于測量壓力壓力、加速度加速度等物理量。等物理量。 R S V S R S V S 優(yōu)點：優(yōu)點：電位器式傳感器結構簡單，價格低廉，性能穩(wěn)電位器式傳感器結構簡單，價格低廉，性能穩(wěn) 定，對環(huán)境條件要求不高，輸出信號大，并易實現(xiàn)函定，對環(huán)境條件要求不高，輸出信號大，并易實現(xiàn)函 數(shù)關系的轉換。數(shù)關系的轉換。缺點：缺點：但由于存在摩擦和分辨率有限，但由于存在摩擦和分辨率有限， 一般精度不夠高，動態(tài)響應較差，適合于測量變化較一般精度不夠高，動態(tài)響應較差，適合于測量變化較 緩慢的量。分辨率低、耐磨性差、

6、壽命較短等。因此緩慢的量。分辨率低、耐磨性差、壽命較短等。因此 人們研制了一些性能優(yōu)良的非線繞式電位器。人們研制了一些性能優(yōu)良的非線繞式電位器。 每課一新傳感器介紹每課一新傳感器介紹 近日，西門子的科研工作者們成功研制出一種近日，西門子的科研工作者們成功研制出一種 全新構造的微型芯片傳感器，它可以辨別氣體與其全新構造的微型芯片傳感器，它可以辨別氣體與其 味道味道。 據稱，此種微型芯片將被應用與多種領域，例如據稱，此種微型芯片將被應用與多種領域，例如 檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災以及氣體泄漏。檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災以及氣體泄漏。 此款芯片擁有體積小，成本低以及超低功耗等諸此款芯片擁有體積小

7、，成本低以及超低功耗等諸 多優(yōu)點，可以在多優(yōu)點，可以在100毫瓦至毫瓦至1毫瓦功率下保持運作。相毫瓦功率下保持運作。相 信不久以后，此款芯片將嵌入多種便攜設備為我們提信不久以后，此款芯片將嵌入多種便攜設備為我們提 供周到保護。供周到保護。 碳膜電位器：碳膜電位器： 是在絕緣骨架表面上噴涂一層均勻的電阻液經是在絕緣骨架表面上噴涂一層均勻的電阻液經 烘干聚合后而制成電阻膜。烘干聚合后而制成電阻膜。 金屬膜電位器金屬膜電位器 是在玻璃或膠木基體上，用高溫蒸鍍或電鍍方是在玻璃或膠木基體上，用高溫蒸鍍或電鍍方 法，涂覆一層金屬膜而制成。用于制作金屬膜的合法，涂覆一層金屬膜而制成。用于制作金屬膜的合 金為

8、鍺銠、鉑銅、鉑銠、鉑銠錳等。金為鍺銠、鉑銅、鉑銠、鉑銠錳等。 2 .2非線繞式電位器非線繞式電位器 1、膜式電位器：膜式電位器： 膜式電位器通常有兩種：一種是膜式電位器通常有兩種：一種是碳膜電位器碳膜電位器另一種另一種 為為金屬膜電位器金屬膜電位器。 2、導電塑料電位器：、導電塑料電位器： 這種電位器由塑料粉及導電材料粉這種電位器由塑料粉及導電材料粉(合金、石墨、合金、石墨、 碳黑等碳黑等)壓制而成、它又被稱為壓制而成、它又被稱為實心電位器實心電位器。其優(yōu)點是。其優(yōu)點是 耐磨性較好、壽命較長、電刷允許的接觸壓力較大耐磨性較好、壽命較長、電刷允許的接觸壓力較大(幾幾 十至幾百克十至幾百克) 3、

9、光電電位器：、光電電位器： 上述幾種電位器均是上述幾種電位器均是接觸式電位器接觸式電位器，共同的缺點共同的缺點是是 耐磨性較差、壽命較短，接觸電阻對輸出影響較大。耐磨性較差、壽命較短，接觸電阻對輸出影響較大。 光電電位器是一種光電電位器是一種非接觸式電位器非接觸式電位器，它克服了了上述，它克服了了上述 幾種電位器的缺點。其結構如圖幾種電位器的缺點。其結構如圖2-2所示。所示。 E 12 3 4 5 Rb 1 1、光電導層、光電導層 2、基體、基體 3 、薄膜電阻帶、薄膜電阻帶 、 4、電刷的窄光束、電刷的窄光束 5、導電電極導電電極 圖圖2-2 光電式電位器結構原理圖光電式電位器結構原理圖 光

10、電式電位器結構原理：光電式電位器結構原理： 其工作原理：其工作原理： 在當在當電刷的窄光束電刷的窄光束4照射在此間隙上時，就相當于照射在此間隙上時，就相當于 把把電阻帶電阻帶3和和導電電極導電電極5接通，在外電源接通，在外電源E的作用下，負的作用下，負 載電阻載電阻Rb上便有電壓輸出；而在無光束照射時，因其上便有電壓輸出；而在無光束照射時，因其 暗電阻極大可視為電阻帶與導電電極之間斷路，這樣暗電阻極大可視為電阻帶與導電電極之間斷路，這樣V 輸出電壓隨著光束位置移動而變化輸出電壓隨著光束位置移動而變化。 光電電位器優(yōu)缺點光電電位器優(yōu)缺點：耐磨性好：耐磨性好,精度、分辨率高，壽命、精度、分辨率高，

11、壽命、 可靠性好，阻值范圍寬可靠性好，阻值范圍寬(5000一一15M歐姆歐姆)等等；但是其等等；但是其 結構較復雜，工作溫度的范圍比較窄結構較復雜，工作溫度的范圍比較窄(150)，輸出，輸出 電流小，輸出阻抗較高。電流小，輸出阻抗較高。 3、應變、應變電阻式傳感器電阻式傳感器 3.1 應變應變電阻式傳感器概論電阻式傳感器概論 應變式電阻傳感器是目前用于應變式電阻傳感器是目前用于測量力測量力、力矩力矩、 壓力壓力、加速度加速度、重量重量等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。等參數(shù)最廣泛的傳感器之一。 它具有悠久的歷史，但新型應變片仍在不斷出現(xiàn)，它具有悠久的歷史，但新型應變片仍在不斷出現(xiàn)， 它是利用它是利用應

12、變效應應變效應制造的一種測量微小變化量制造的一種測量微小變化量(機械機械) 的理想傳感器。的理想傳感器。 雖然新型傳感器不斷出現(xiàn)、為檢測技術開拓了新雖然新型傳感器不斷出現(xiàn)、為檢測技術開拓了新 的領域。但是，由于電阻應變測試技術具有以下獨的領域。但是，由于電阻應變測試技術具有以下獨 特優(yōu)點，可以預見在今后它仍將是一種主要的測試特優(yōu)點，可以預見在今后它仍將是一種主要的測試 手段。手段。 應變電阻式傳感器優(yōu)缺點：應變電阻式傳感器優(yōu)缺點： (1)結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；結構簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； (2)易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、

13、遠遠 距測量和遙測；距測量和遙測； (3)靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量；靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量； (4)可以測量多種物理量?？梢詼y量多種物理量。 它已廣泛應用于許多領域，諸如航空、機械、電力、它已廣泛應用于許多領域，諸如航空、機械、電力、 化工、建筑化工、建筑 等領域。等領域。 3.2 應變應變電阻式傳感器結構原理電阻式傳感器結構原理 一、一、應變效應應變效應： 導體、導體、 半導體半導體 外力外力 產生機械產生機械 變形變形 電阻變化電阻變化 這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應變效應應變效應。 因為導體和半導體的電阻與

14、電阻率及其幾何尺寸因為導體和半導體的電阻與電阻率及其幾何尺寸(其其L 為長度，為長度，A為截面積為截面積)有關，當導體或半導體在受外力作有關，當導體或半導體在受外力作 用時，這三者都會發(fā)生變化所以會引起電阻的變化。用時，這三者都會發(fā)生變化所以會引起電阻的變化。 通過測量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小通過測量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。 L R A 為什么會產生應變效應？為什么會產生應變效應？ 二、二、 基本結構：基本結構： 電阻應變片種類繁多、但其基本結構大體相似，電阻應變片種類繁多、但其基本結構大體相似， 現(xiàn)以金屬絲繞式應變片結構為例加以說明?，F(xiàn)以金屬絲繞式應變片結構為例

15、加以說明。 圖圖2-3 三、敏感系數(shù)及測量原理：三、敏感系數(shù)及測量原理： 所謂應變片的所謂應變片的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)就是單位應變所能引起的電就是單位應變所能引起的電 阻的相對變化。阻的相對變化。下面研究對靈敏系數(shù)的影響因素。金屬下面研究對靈敏系數(shù)的影響因素。金屬 導體的電阻導體的電阻R為：為： L R= A 如果對電阻絲長度作用均勻應力、則如果對電阻絲長度作用均勻應力、則 、L，A的的 變化變化( 、 、 )將引起電阻的變化。可通過上式將引起電阻的變化。可通過上式 的全微分求得：的全微分求得： ddL dA 2 LL dRddLdA AAA 相對變化量為相對變化量為 ：dR ddLdA RLA

16、（2-1） （2-3） （2-2） 若電阻絲是圓形的，則若電阻絲是圓形的，則 2 Ar 2 2 2 dArdrdr Arr 則有：則有： 令令 為金屬絲的軸向應變，為金屬絲的軸向應變， 為金屬絲徑為金屬絲徑 向應變。當金屬絲受拉力時沿鈾向伸長，沿徑向向應變。當金屬絲受拉力時沿鈾向伸長，沿徑向 縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為：縮短，那么軸向應變和徑向應變的關系可表示為： 其中表示金屬材料的泊松系數(shù)。其中表示金屬材料的泊松系數(shù)。 把把 、 代入公式代入公式(2-3)(2-3)得到：得到： x dL L y dr r yx x dL L y dr r （2-4） (12 ) x dRd

17、R （2-5） (1 2 ) S xx d dR R K 將式（將式（2-5）變形得：）變形得： 稱為稱為應變片的靈敏系數(shù)應變片的靈敏系數(shù)其其物理意義是單位應變物理意義是單位應變 所引起的電阻相對變化所引起的電阻相對變化。靈敏系數(shù)受兩個因素影響，。靈敏系數(shù)受兩個因素影響， 一個是受力后材料幾何尺寸的變化，即一個是受力后材料幾何尺寸的變化，即 ，另，另 一個是受力后材料的電阻率發(fā)生的變化即一個是受力后材料的電阻率發(fā)生的變化即 ： 對于確定的材料對于確定的材料 是常數(shù)，其數(shù)值約在是常數(shù)，其數(shù)值約在12之間。之間。 實驗證明實驗證明 也是常數(shù)。則也是常數(shù)。則 表示金屬表示金屬 電阻絲的電阻相對變化與

18、軸向應變電阻絲的電阻相對變化與軸向應變 成正比關系。成正比關系。 S K 12 x d 12 x d Sx d R K R x 應變電阻傳感測量原理應變電阻傳感測量原理 應變片應變片 產生微小變形產生微小變形 電阻值變化電阻值變化 R Sx d R K R 測得應變值測得應變值 求得應力值求得應力值 x x E 外力外力F FA 3.3 電阻應變片測量電路電阻應變片測量電路 由于機械應變一般都很小，要把微小應變引起的由于機械應變一般都很小，要把微小應變引起的 微小電阻值的變化測量出來，同時微小電阻值的變化測量出來，同時要把電阻相對變要把電阻相對變 化等轉換為電壓或電流的變化化等轉換為電壓或電流

19、的變化，因此，需要設計專，因此，需要設計專 用的測量電路。用的測量電路。 用于測量應變變化而引起的電阻變化的電橋電路通用于測量應變變化而引起的電阻變化的電橋電路通 常有常有直流電橋直流電橋和和交流電橋交流電橋兩種。電兩種。電橋電路的主要指橋電路的主要指 標是標是橋路靈敏度橋路靈敏度、非線性非線性和和負載持性負載持性。下面具體討。下面具體討 論有關電路和這幾項指標論有關電路和這幾項指標。 一、直流電橋基本形式及一、直流電橋基本形式及平衡條件平衡條件 電流電橋的基本形式如圖電流電橋的基本形式如圖24所示。所示。R1，R2、R3， R4稱為電橋的橋臂，認為稱為電橋的橋臂，認為 為其負載為其負載. L

20、 R 圖圖2-4 R1 R2 R3R4 RL U0 I E A B C D 當當 時，電橋的輸出電壓應為時，電橋的輸出電壓應為 ： L R 0 13 () 1234 RR UE RRRR 當電橋平衡時，當電橋平衡時， 0 0U 由上式可得到：由上式可得到： 1 42 3R RR R 13 24 RR RR 或或稱為直流電橋平衡條件。平衡電橋稱為直流電橋平衡條件。平衡電橋 就是橋路中相鄰兩臂阻值之比應相等，橋路相鄰兩就是橋路中相鄰兩臂阻值之比應相等，橋路相鄰兩 臂阻值之比相等方可使流過負載電阻的電流為臂阻值之比相等方可使流過負載電阻的電流為0。 二、電壓靈敏度：二、電壓靈敏度： 如果在如果在實際

21、測量實際測量中使中使第一橋臂第一橋臂R1由應變片由應變片來替代，來替代， 微小應變引起微小電阻的變化電橋則輸出不平衡電壓微小應變引起微小電阻的變化電橋則輸出不平衡電壓 的微小變化。當受應變時，若應變片電阻變化為的微小變化。當受應變時，若應變片電阻變化為 ， 其他橋臂固定不變，則電橋輸出電壓其他橋臂固定不變，則電橋輸出電壓 。下面試。下面試 求不平衡電橋輸出的電壓值求不平衡電橋輸出的電壓值 1R 0 0U 0 U 0 R4 R1 ()() R1+R1R3R1R4 R3R1 U =E(-)=E=E R1 R2R4 R1+R1+R2 R3+R4(R1+R1+R2)(R3+R4) (1+)(1+) R

22、1R1R3 設橋臂比設橋臂比 , ,由于由于 可忽略，并由起始平衡可忽略，并由起始平衡 條件條件 從而可以近似得到從而可以近似得到 電橋電壓靈敏度定義為電橋電壓靈敏度定義為: : 2 1 R n R 1 11, 1 R RR R 24 13 RR n RR 0 2 1 (1)1 nR UE nR 0 2 1 (1) 1 V Un SE R n R 每課一新傳感器介紹每課一新傳感器介紹 美研制美研制“武士武士”傳感器傳感器 美國陸軍正在研制一種可嵌入未來美國陸軍正在研制一種可嵌入未來“武士武士”軍軍 服內的傳感器系統(tǒng)，指揮官和醫(yī)護人員可通過這個服內的傳感器系統(tǒng)，指揮官和醫(yī)護人員可通過這個 系統(tǒng)監(jiān)

23、測系統(tǒng)監(jiān)測“武士武士”們的生理狀態(tài)。該項研究將產生們的生理狀態(tài)。該項研究將產生 下一代戰(zhàn)斗軍服，內嵌有可配置的微型無線傳感器下一代戰(zhàn)斗軍服，內嵌有可配置的微型無線傳感器 群。目前的試驗傳感器可監(jiān)測心跳、步行（行軍）群。目前的試驗傳感器可監(jiān)測心跳、步行（行軍） 的代謝能量消耗、內層皮膚溫度以及靈敏或遲鈍情的代謝能量消耗、內層皮膚溫度以及靈敏或遲鈍情 況。未來的傳感器將把數(shù)據傳送到一個中央集線器況。未來的傳感器將把數(shù)據傳送到一個中央集線器 設備，該設備做成呼機大小，佩帶在士兵皮帶上，設備，該設備做成呼機大小，佩帶在士兵皮帶上， 形成一個低功率的無線個人局域網。傳感器的數(shù)據形成一個低功率的無線個人局

24、域網。傳感器的數(shù)據 提供關于士兵體力消耗、生理壓力和警覺程度等的提供關于士兵體力消耗、生理壓力和警覺程度等的 信息。信息。 1、電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓E，供橋電壓，供橋電壓E 愈高、電橋電壓靈敏度愈高、但是供橋電壓愈高、電橋電壓靈敏度愈高、但是供橋電壓E的提高，的提高， 受到應變片允許功耗的限制，所以一般供橋電壓受到應變片允許功耗的限制，所以一般供橋電壓E應適應適 當選擇。當選擇。 2、電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值、電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，因此必須的函數(shù)，因此必須 恰當?shù)剡x樣橋臂比恰當?shù)剡x樣橋臂比n的值的值。保證電橋具有較高的電壓靈。保證

25、電橋具有較高的電壓靈 敏度。下面分析當供橋電壓敏度。下面分析當供橋電壓E確定后，確定后，n應取何值電應取何值電 橋電壓靈敏度才最高。橋電壓靈敏度才最高。 三、提高電橋電壓靈敏度的措施：三、提高電橋電壓靈敏度的措施： 0 2 1 (1) 1 V Un SE R n R 由由 來求來求 的最大值，的最大值， 由此得求由此得求 得得n=1時，時， 為最大。這就是說，在供橋電壓確定后，為最大。這就是說，在供橋電壓確定后， R1=R2，R3=R4時，電橋的電壓靈敏度最高。時，電橋的電壓靈敏度最高。由上面由上面 式子可知，當電源電壓式子可知，當電源電壓E和電阻相對變化一定時，電和電阻相對變化一定時，電 橋

26、的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂阻值橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂阻值 大小無關。大小無關。 0 V S n V S 2 4 1 0 (1) V Sn nn V S 四、非線性誤差：四、非線性誤差： 1 11, 1 R RR R 在上面分析中，都是假定應變片的參數(shù)變化很小，在上面分析中，都是假定應變片的參數(shù)變化很小， 而且可忽略掉，這是而且可忽略掉，這是一一種理想情況。種理想情況。 0 113 () 11234 1 4 ( 112)( 34) 41 ()() 31 124 (1)(1) 113 RRR UE RRRRR R R E RRRRR RR RR E RRR RRR

27、 實際情況是要考慮應變電阻微小的變化按下面的實際情況是要考慮應變電阻微小的變化按下面的 公式計算公式計算 ： 上式的輸出電壓上式的輸出電壓 與與 的關系是非線性的。實際的關系是非線性的。實際 的的非線性特性曲線非線性特性曲線與與理想的線性曲線理想的線性曲線的偏差稱為的偏差稱為絕對絕對 非線性誤差。非線性誤差。 0 U 1 1 R R 下面計算非線性誤差。經過計算非線性誤差：下面計算非線性誤差。經過計算非線性誤差： 00 0 1 1 12 1 11 R UU R r RR U RR 下面我們通過討論來看看非線性誤差的影響：下面我們通過討論來看看非線性誤差的影響： （1）當靈敏系數(shù)較小時：）當靈敏

28、系數(shù)較小時： 對于一般的應變片所受應變對于一般的應變片所受應變 通常在通常在5000 以以 下，若取靈敏系數(shù)為下，若取靈敏系數(shù)為2，則：則： 62 1 2 5000 10100.01 1 S R K R 則相對非線性誤差為：則相對非線性誤差為： 1 0.01 1 0.0050.5% 12 2.01 1 11 R R r RR RR （2）但當靈敏系數(shù)較大時，電阻相對變化較大的情況但當靈敏系數(shù)較大時，電阻相對變化較大的情況 ： 例如半導體應變片，例如半導體應變片， 為為130，當承受應變?yōu)?，當承受應變?yōu)?000 時，時， S K 6 1 130 1000 100.13 1 S R K R 代入代

29、入 ： 00 0 1 1 12 1 11 R UU R r RR U RR 得到非線性誤差達到得到非線性誤差達到6%，所以對半導體應變片的，所以對半導體應變片的 測量電路要作特殊處理，才能減小非線性誤差。測量電路要作特殊處理，才能減小非線性誤差。 五、減小或消除非線性誤差的方法有如下幾種：五、減小或消除非線性誤差的方法有如下幾種： （1）提高橋臂比提高橋臂比： 00 0 1 1 12 1 11 R UU R r RR U RR 從式中我們可以看出當從式中我們可以看出當 提高時，可以減小非提高時，可以減小非 線性誤差。但線性誤差。但從電壓靈敏度考慮從電壓靈敏度考慮 2 1 R n R 0 2 1

30、 1 (1) 1 V Un SEE R nn R 電橋電壓靈敏度將降低，這是一種矛盾。因此，為電橋電壓靈敏度將降低，這是一種矛盾。因此，為 了達到既減小非線性誤差，又不降低其靈敏度，必了達到既減小非線性誤差，又不降低其靈敏度，必 須適當提高供橋電壓須適當提高供橋電壓E。 (2)(2)采用差動電橋：采用差動電橋： 根據被測試件的受力情況，根據被測試件的受力情況，若使一個應變片受拉若使一個應變片受拉， 一個受壓，一個受壓，則應變符號相反；測試時將兩個應變片則應變符號相反；測試時將兩個應變片 接接入入電橋的相鄰臂上、如圖電橋的相鄰臂上、如圖25所示稱為所示稱為半橋差動電半橋差動電 路。路。 R3R4

31、 RL U0 I E A B C D 11RR 22RR 圖圖2-5 該電橋輸出電壓該電橋輸出電壓 ： 0 113 () 112234 RRR UE RRRRRR 12, 12, 34,RRRRRR 若若 則得則得 0 11 21 R UE R 由此可知由此可知， 與與 0 U 1 1 R R 成線性關系，不存在線性誤差。成線性關系，不存在線性誤差。 而且電壓靈敏度為而且電壓靈敏度為 ，比使用一只應變片，比使用一只應變片 提高了一倍，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩Ｌ岣吡艘槐?，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩?同樣根據被測試件的受力情況，若使兩個應變同樣根據被測試件的受力情況，若使兩個應變 片受拉，兩

32、個受壓，則應變符號相反；測試時將片受拉，兩個受壓，則應變符號相反；測試時將 四個應變片接入電橋的相鄰臂上、如圖四個應變片接入電橋的相鄰臂上、如圖26所示稱所示稱 為為全橋差動電路全橋差動電路。 1 2 V SE RL U0 I E A B C D 11RR 22RR 33RR 44RR 同樣可以推出，同樣可以推出， ， 由此可知，比用由此可知，比用 單片提高了四倍，比半橋差動電路提高了一倍。單片提高了四倍，比半橋差動電路提高了一倍。 0 1 1 R UE R V SE 圖圖2-6 全橋差動全橋差動 電路電路 （3）采用高內阻的恒流源電橋：采用高內阻的恒流源電橋： 通過電橋各臂的電流如果不恒定，

33、也是產生非通過電橋各臂的電流如果不恒定，也是產生非 線性誤差的重要原因。所以供給半導體應變電橋的線性誤差的重要原因。所以供給半導體應變電橋的 電源一般采用恒流源，如圖電源一般采用恒流源，如圖27所示所示。 RL U0 E A B C D R1R2 R3R4 1 I 2 I I 圖圖2-7 供橋電流為供橋電流為I通過各臂的電流為通過各臂的電流為 和和 若測量電路輸入阻抗較高，則：若測量電路輸入阻抗較高，則： 1 I 2 I 12 ( 12)( 34)I RRIRR 12 III 解該方程組得：解該方程組得： 1 2 34 1234 12 1234 RR II RRRR RR II RRRR 輸出

34、電壓為：輸出電壓為： 0112 1 42 3 3 1234 R RR R UI RI RI RRRR 若電橋初始處于平衡狀態(tài)若電橋初始處于平衡狀態(tài)（R1R4=R3R2），而且，而且 R1=R2=R3=R4，當?shù)谝粯虮垭娮?，當?shù)谝粯虮垭娮鑂1變化時，電橋輸出變化時，電橋輸出 電壓為：電壓為： 由式可知，分母中的由式可知，分母中的 被被4R除，比前面的單臂供壓電橋的非線性誤差減少除，比前面的單臂供壓電橋的非線性誤差減少 了了50%。 0 1 1/(1) 44 R UI R R R 4、電阻式傳感器的應用電阻式傳感器的應用 本章前三節(jié)介紹了電阻式傳感器的分類、結構、工本章前三節(jié)介紹了電阻式傳感器的分類、結構、工 作原理以及測量電路。作原理以及測量電路。 在測