生物醫(yī)學傳感電阻傳感器課件

1、6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器16:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器2 基本工作原理是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。 包括包括電位器式、電位器式、壓阻式、壓阻式、熱阻式、熱阻式、應變式應變式等。等。學習要點學習要點: : 1. 電位器式傳感器：線性電位器和非線性電位器 2. 應變式傳感器：應變效應、電橋測量電路和溫度補償原理 3. 壓阻式傳感器：壓阻效應、測量橋路及溫度補償6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器3第一節(jié)第一節(jié) 電位器式傳感器電位器式傳感器 電位器是一種常用的電子元件，廣泛應用于各種電器和電位器是一種常用的電子元件，廣泛應用于各種電器

2、和電子設(shè)備中。它主要是一種電子設(shè)備中。它主要是一種把機械的線位移或角位移輸入量把機械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件來來使用。使用。| 特點特點: : 結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號大、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號大、性能穩(wěn)定。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間性能穩(wěn)定。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。容易磨損。| 應用應用: : 主要用于測量位移、角位移，還可以測量能轉(zhuǎn)換為位主要用于測量位移、角位移，還可以測量能轉(zhuǎn)換為位移的其它非電量如壓力、高度、加

3、速度等各種參數(shù)。移的其它非電量如壓力、高度、加速度等各種參數(shù)。 | 分類分類: : 按其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為按其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為線繞式、薄膜式、光電式線繞式、薄膜式、光電式等；按輸入等；按輸入- -輸出特性的不同，可分為輸出特性的不同，可分為線性電位器和非線性電線性電位器和非線性電位器位器。目前常用的以。目前常用的以單圈線繞電位器單圈線繞電位器居多。居多。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器4 常用電位器式傳感器有:直線位移型、角位移型、非線性型。左圖為典型的電位器式傳感左圖為典型的電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)原理。它由電阻元件器的結(jié)構(gòu)原理。它由電阻元件（包括（包括骨架和金屬電阻絲骨架和金屬電阻絲

4、）和）和電刷（電刷（活動觸點活動觸點）兩個基本部）兩個基本部分組成。分組成。由圖可見，當有機械位移時，由圖可見，當有機械位移時，電位器的動觸點產(chǎn)生位移，而電位器的動觸點產(chǎn)生位移，而改變了動觸點相對于電位參考改變了動觸點相對于電位參考點（點（A點）的電阻點）的電阻 ，從而實，從而實現(xiàn)了非電量（位移）到電量現(xiàn)了非電量（位移）到電量（電阻值或電壓幅值）的轉(zhuǎn)換。（電阻值或電壓幅值）的轉(zhuǎn)換。 電位器式傳感器有電位器式傳感器有線性線性和和非非線性線性電位器式傳感器兩大類。電位器式傳感器兩大類。xR1.1 1.1 電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器5圖3-1 電位器

5、式傳感器原理圖a）直線位移式 b）轉(zhuǎn)角位移式1金屬電阻絲 2骨架 3電刷6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器6電位器式傳感器結(jié)構(gòu)形式電位器式傳感器結(jié)構(gòu)形式 電位器式傳感器分類滑線式半導體式骨架式分段電阻式液體觸點式 電位器式傳感器結(jié)構(gòu) 如右圖所示。 6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器71.2 1.2 線性電位器式傳感器線性電位器式傳感器 線性電位器式傳感器的理想空載（負載電阻）特性曲線應具有嚴格的直線性關(guān)系。圖3-2是線性電位器式傳感器原理圖。由圖可見，線性電位器式傳感器的骨架截面處處相等，由材料均勻的金屬電阻絲按相等截距繞制成電阻元件，因此其最大電阻值為： 式中， 為導線的電阻率； 為導線

6、的截面積； 和 分別為骨架的寬度 和高度； 為電位器線圈的總匝數(shù)。ANhbR)(2maxAbhN圖3-2 線性電位器式傳感器原理圖a）結(jié)構(gòu)圖 b）原理圖6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器8 由于電位器單位長度上電阻值處處相等，當電刷行程為 時，對應的空載輸出電阻和輸出電壓分別為： 和 式中， 和 分別為電位器電刷的最大行程和加于電位器兩端的最大電壓； 和 分別為線性電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度。 由于 ， 為導線間的節(jié)距，因此 和 可表示為： 和式中， 為導線中的電流。xkxxRRRxmaxmaxxkxxUUUxmaxmaxxmaxxmaxUUkRkNtxmaxAthbkR)(2AthbI

7、kU)(2tUkRkI6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器9 實際上繞線線性電位器的變換是一匝一匝進行的，電刷每移過一匝，輸出電壓（或電阻）產(chǎn)生一個增量 （ ），其值為： 由此可見，繞線線性電位器傳感器的輸入輸出特性不是線性的，而是一條階梯特性曲線。其理想階梯特性曲線見圖3-3。 由圖3-3可求出繞線線性電位器傳感器的電壓分辨率電壓分辨率 ，其定義為：在工作行程內(nèi)電位器產(chǎn)生一個可測得出的輸出在工作行程內(nèi)電位器產(chǎn)生一個可測得出的輸出電壓變化量與最大輸出電壓之比的百分數(shù)，電壓變化量與最大輸出電壓之比的百分數(shù)，即： URNUUmaxBk%1001%100%100maxmaxmaxNUNUUUkB圖3

8、-3 繞線線性電位器傳感器理想階梯特性曲線6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器10 由圖3-3可求出繞線線性電位器傳感器的階梯誤差階梯誤差 ，其定義為理想階梯特性曲線與理想的理論直線的最大偏差值與最大輸出電壓之比的百分數(shù)，即： 上面研究的是線性電位器的空載特性空載特性。實際上，由于負載電阻 ，當傳感器帶負載時的工作特性稱為負載特負載特性性。由于負載效應的存在，傳感器的負載特性與理想空載特性之間存在著偏差稱為負載誤差負載誤差。負載誤差與負載電阻 的大小有關(guān)，負載電阻 愈大，負載誤差愈小，反之亦然。%10021%100)21(%1002maxmaxmaxNUNUUUrjjrlRlRlR6:26 P

9、M生物醫(yī)學傳感電阻傳感器11例：例：帶負載線性電位器傳感器電路見圖帶負載線性電位器傳感器電路見圖3-4。圖中，。圖中， ， ， ， ， 。求負載誤差。求負載誤差。若若 ，負載誤差又是多少？，負載誤差又是多少？解解：位移 時傳感器電阻和空載輸出電壓分別為：由圖可求得帶負載 時的輸出電壓為： V5maxU k5maxRmmx50maxmmx30k20lRk 100lR)(k330505maxmaxxxRRxV330505maxmaxxxUUxxk20lRlxlxxlxlxlxlxxlRRRRRRRRRRURRRRIU)(maxmax83. 2203203)35(2032035圖3-4 帶負載電位器

10、傳感器電路圖6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器12 引起的負載誤差為：引起的負載誤差為： 若負載 ，可求得輸出電壓為： 引起的負載誤差為引起的負載誤差為： 由此可見，欲使負載誤差小于由此可見，欲使負載誤差小于1.0%，必須保證負載電阻，必須保證負載電阻 以上。以上。%7 . 5%1003383. 2%100 xxxllUUUrk100lRlxlxxlxlxlxlxxlRRRRRRRRRRURRRRIU)(maxmax)(96. 210031003)35(100310035V%3 . 1%1003396. 2%100 xxxllUUUrmax20RRl6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器13

11、非線性電位器傳感器是指在空載時其輸出電壓（或電阻）與電刷行程之間具有非線性函數(shù)關(guān)系的一種電位器觸感器，也稱為函數(shù)電位器傳感器。它可以實現(xiàn)指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)及其它任意函數(shù)，因此可以滿足控制系統(tǒng)的特殊要求。 常用的非線性電位器傳感器有變骨架式、變節(jié)距式和分路電阻式等。1.3 非線性電位器傳感器6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器14圖3.5 變骨架高度式非線性電位器結(jié)構(gòu)參數(shù)、A、t不變,只改變骨架寬度b或高度h曲線上任取一小段,可視為直線，用圖中折線逼近曲線電刷位移為x,對應的電阻變化就是R線性電位器靈敏度公式仍然成立：1.3.1 1.3.1 變骨架式非線性電位器變骨架式非線性電位器6:

12、26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器15當x0時,由上述兩個公式可求出骨架高度的變化規(guī)骨架高度的變化規(guī)律為律為：212At dRhbdxAt dRhbIdx只要骨架高度滿足左邊式子，即可實現(xiàn)線性靈敏度要求。變骨架高度式電位器的繞線節(jié)距是不變的,因此其行程分辨率與線性電位器計算式相同。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器16 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 變骨架式非線性電位器理論上可以實現(xiàn)所要求的許多種函數(shù)特性,但結(jié)構(gòu)必須滿足： （1）為保證強度,骨架的最小高度hmin34mm,不能太 （2）骨架型面坡度應小于2030，否則繞制時容易產(chǎn)生傾斜和打滑, 產(chǎn)生誤差,如圖3.6(a)所示。 減小誤差方法：（1）減小坡

13、度，可采用對稱骨架,如圖3.6(b)所示。（2）減小具有連續(xù)變化特性的骨架的制造和繞制困難, 將骨架設(shè)計成階梯形的,如圖3.7所示,實際是對特性曲線采用折線逼近。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器17圖圖3.6 對稱骨架式對稱骨架式 （a)骨架坡度太高骨架坡度太高;（b)對稱骨架減少坡度對稱骨架減少坡度6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器18 圖3.7 階梯骨架式非線性電位器實際是對特性曲線采用折線逼近.6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器191.3.2 1.3.2 變節(jié)距式非線性線繞電位器變節(jié)距式非線性線繞電位器變節(jié)距式非線性線繞電位器也稱為分段繞制的非線性線繞電位器。 1.節(jié)距變化規(guī)律

14、變節(jié)距式電位器是在保持、A、b、h不變的條件下,用改變節(jié)距t的方法來實現(xiàn)所要求的非線性特性,如圖3.8所示?？蓪С龉?jié)距的基本表達式為2 ()2(bhIbhtdRdUAAdxdx6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器20圖3.8 變節(jié)距式非線性電位器 6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器212. 結(jié)構(gòu)與特點 骨架制造比較容易,（繞制較困難，但近年來數(shù)字程控繞制機減小了繞制困難），只能適用于特性曲線斜率變化不大的情況,一般 maxmaxminmin()3()dUtdxdUtdx其中可取其中可取 min(0.03 0.04)tdmm6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器22 分路電阻式非線性電位器傳感器

15、的工作原理實際上是通過折線逼近法來實現(xiàn)函數(shù)變換關(guān)系的，見圖3-9 。圖3-9 分路電阻式非線性電位器傳感器a）特性曲線 b）電路圖 1.3.3 1.3.3 分路（并聯(lián)）電阻式非線性電位器分路（并聯(lián)）電阻式非線性電位器 要實現(xiàn)實曲線所要求的特性:線性電位器全行程分若干段,引出一些抽頭, 對每一段并聯(lián)適當阻值,使得各段的斜率達到實線所需的大小(每一段內(nèi),電壓輸出是線性的),而電阻輸出是非線性的.若能求出各段并聯(lián)電阻的大小,即可實現(xiàn)輸出特性實線所要求的函數(shù)關(guān)系。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器23 結(jié)構(gòu)與特點 分路電阻式非線性電位器的行程分辨率與線性線繞電位器的相同。 分路電阻式非線性電位器原理

16、上存在折線近似曲線所帶來的誤差,但加工、繞制方便,對特性曲線沒有很多限制,使用靈活,通過改變并聯(lián)電阻,可以得到各種特性曲線。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器24 應變式傳感器是利用金屬的將被測量轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種傳感器。應變式傳感器組成框圖應變式傳感器組成框圖非電量非電量應變應變電阻應變片電阻應變片彈性元件彈性元件電阻變化電阻變化傳感器傳感器6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器25一、工作原理一、工作原理 （電阻應變效應）（電阻應變效應）FFL Lr r電阻應變效應電阻應變效應：金屬導體（電阻絲）的電阻值隨其變形（伸長或縮短）而發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。在未受到外力F F的作用時，電阻值為

17、：ALR6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器26當受到拉力作用F F后，電阻的相對變化量為:0/(12 )KRR0/12K - =dL/L (=dL/L (縱向應變縱向應變) )6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器27討論：1 1、應變的靈敏系數(shù)、應變的靈敏系數(shù)K K0 0受二個因素的影響：受二個因素的影響：幾何形狀變化的影響幾何形狀變化的影響電阻率發(fā)生變化的影響電阻率發(fā)生變化的影響 2 2、 對于金屬材料對于金屬材料：21,210K對于半導體材料對于半導體材料：0,21K壓阻效應壓阻效應應變效應應變效應0(12 )RRK6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器28 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 電阻應變片

18、由基底基底、敏感柵敏感柵、蓋片蓋片（有時加上引出線）組成。用粘貼劑粘貼劑將其粘貼在一起，構(gòu)成完整的應變片。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器29(2)(2)應變片的粘貼應變片的粘貼 粘貼在應變變化均勻且較大的地方?；住⑸w片基底、蓋片 敏感柵敏感柵引出線引出線金屬絲式金屬絲式紙基、膠基紙基、膠基金屬絲金屬絲 1250 m(回線式、短接式）回線式、短接式）康銅、鎳鉻合金、鉑等康銅、鎳鉻合金、鉑等 0.10.15mm鍍錫銅絲鍍錫銅絲金屬箔式金屬箔式膠基膠基金屬箔片厚金屬箔片厚310 m(通過照相制版或光刻技術(shù)通過照相制版或光刻技術(shù))康銅、鎳鉻合金康銅、鎳鉻合金有或無有或無金屬薄膜式金屬薄膜式金屬

19、薄膜厚金屬薄膜厚0.1 m以下以下濺射到相應的位置濺射到相應的位置無無（1 1）應變片的類型）應變片的類型6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器306:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器31常用金屬電阻絲材料的性能常用金屬電阻絲材料的性能 最常用最常用動態(tài)動態(tài)中高溫中高溫高溫高溫（3 3）應變片的材料）應變片的材料6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器32三、金屬應變片的主要特性三、金屬應變片的主要特性（貼在試件上后討論貼在試件上后討論）1. 1. 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù) kRR原因：原因：1）粘貼層傳遞變形失真 , 2）橫向效應。且且 。各種應變片6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器332. 2. 橫向

20、效應橫向效應 y x - y縱向伸長作用使電阻值增加縱向伸長作用使電阻值增加橫向縮短作用使電阻值減小橫向縮短作用使電阻值減小RRR 和電阻增量電阻增量 減小減小。6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器343. 3. 機械滯后機械滯后 應變片粘貼在被測試件上，當溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后機械滯后。 原因：原因：殘余應變殘余應變；在制造或粘貼應變片時，敏感柵受到不適當?shù)淖冃芜m當?shù)淖冃位蛘哒辰Y(jié)劑固化不充分粘結(jié)劑固化不充分。1機械應變卸載加載指示應變i應變片的機械滯后應變片的機械滯后6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器354 4、零漂和蠕變、零漂和蠕變即：constT溫度）當

21、( 0t指標即：constT溫度）當 ( t指標零漂：零漂：0真實,蠕變?nèi)渥儯篶onst真實,原因：存在內(nèi)應力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、黏合劑受潮原因：存在內(nèi)應力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、黏合劑受潮原因：絕緣電阻低、產(chǎn)生熱電勢等原因：絕緣電阻低、產(chǎn)生熱電勢等6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器365 5、應變極限、應變極限6 6、電阻值或稱原始電阻值、電阻值或稱原始電阻值7 7、動態(tài)特性、動態(tài)特性測量變化頻率較高的動態(tài)應變時考慮。應變片反映敏感柵的平均應變平均應變。 應變片傳播速度應變片傳播速度V=V=聲波聲波，sm/5000鋼材6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器371).1).階躍響應階躍響應階躍應變階躍應變

22、應變柵長度應變柵長度應變波傳播速度應變波傳播速度上升時間上升時間實際響應曲線實際響應曲線0.8rltv6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器382).2).正弦應變波變化正弦應變波變化設(shè)：在應變片任意位置上設(shè)：在應變片任意位置上x x，通過的應變波為：，通過的應變波為：x2sin06:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器39122102sinxxdxxxxp則基長則基長l l的平均應變的平均應變: :1202cos2cos2xxl若測出的是平均應變的最大值若測出的是平均應變的最大值: :242421lXlXllpsin:0則6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器40相對誤差相對誤差:%1001sin%

23、10000llp(%)lln 誤差誤差 與與n有關(guān)，有關(guān)，n越大，越大， 越小越小一般取2010 nl%4 . 06 . 1則6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器41四、溫度誤差及補償四、溫度誤差及補償1 1、溫度誤差：、溫度誤差：1)1)敏感柵的金屬絲電阻本身隨溫度變化敏感柵的金屬絲電阻本身隨溫度變化tRRtRRRRtRRtttt1CtC001溫度變化量電阻絲電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)的影響電阻溫度系數(shù)的影響和和材料線膨脹系數(shù)材料線膨脹系數(shù)的影響的影響6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器422) 2) 電阻絲材料與受力件材料的線膨脹系數(shù)不同，使電電阻絲材料與受力件材料的線膨脹系數(shù)不同，使電阻相

24、對變化為阻相對變化為：tKRRttcmtcm式中式中m m受力件材料的線膨脹系數(shù)；受力件材料的線膨脹系數(shù)； c c電阻絲材料的線膨脹系數(shù)；電阻絲材料的線膨脹系數(shù)； K K應變片靈敏度應變片靈敏度總電阻溫度相對誤差：總電阻溫度相對誤差：RRRRRRtttttKcm6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器43應變誤差應變誤差：tKcm應力誤差應力誤差：1tmcRRKttKK tmcRREEEtKK6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器44 一試件為鋼材，電阻絲為康銅絲， c=1510-6/, m= 1110-6/，在t=1時， , K=2， ，計算其電阻相對誤差、應變誤差、應力誤差？）（/10206)/

25、N102024mmE（6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器45通常有通常有應變片自補償應變片自補償和和線路補償線路補償。 2 2、 溫度補償溫度補償 （1)1)自補償法自補償法)(cmK設(shè)法?。篟RRRRRtttttKcm0)(cmK則：6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器46(2) (2) 線路補償法線路補償法: : 電橋補償是最常用且效果較好的線路補償。電橋補償是最常用且效果較好的線路補償。U Uo o= =A A( (R R1 1R R4 4- -R R2 2R R3 3) ) R2243214)(RURRRRUA6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器47R1工作片工作片F(xiàn)R2補償片補償片

26、補償塊補償塊1414oUAR R KUK 6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器48既實現(xiàn)了溫度補嘗，又實現(xiàn)了提高靈敏度的作用。既實現(xiàn)了溫度補嘗，又實現(xiàn)了提高靈敏度的作用。 RRRRRR21tt2t1RRRRRR Uk412RRU412)RRRR(U41U210R1（拉）（拉）R2（壓）（壓）F6:26 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器49五、測量電路電阻值的電阻值的變化變化電壓電壓/ /電流的電流的變化變化1 直流電橋直流電橋2 交流電橋交流電橋6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器50R1R2R4R3ACBEDIoRLUo直流電橋直流電橋 當當R RL L時，電橋輸時，電橋輸出電壓為：出電壓為： 1

27、. 1. 直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件（一）直流電橋（一）直流電橋311234oRRUERRRR6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器51當電橋平衡時，當電橋平衡時，U Uo o=0=0，則，則 R1R4=R2R33124RRRR此式為此式為電橋平衡條件電橋平衡條件，即：，即： 電橋相鄰兩臂電阻的比值應相等，電橋相鄰兩臂電阻的比值應相等， 或相對兩臂或相對兩臂電阻的乘積應相等電阻的乘積應相等。R1R2R4R3ACBEDIoRLUo6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器52 當受應變時，若應變片電阻變化為R，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo0，則電橋不平衡，輸出電壓為 ：2. 2. 電壓靈敏度

28、電壓靈敏度3111411234112344131124113()()11oRRRR RUEERRRRRRRRRRRRRRERRRRRR 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器53設(shè)橋臂比n=R2/R1，由于R1R1，平衡條件R2/R1=R4/R3， 則： 121(1)oRnUEnR 電橋電壓靈敏度定義為：電橋電壓靈敏度定義為：211(1)oUUnKERnR 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器543.3. 差動電橋差動電橋R1 R1R4R3ACBEDR2 R2Uo(a)R1 R1ACBEDR2 R2Uo(b)R3 R3R4 R4差動半橋差動半橋 差動全橋差動全橋 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳

29、感器55（二）（二） 交流電橋交流電橋Z1UoU(a)Z2Z3Z4R1R2R4R3oUC1C2U(b)交流電橋交流電橋6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器5611112222334411RZj R CRZj R CZRZR C1、C2表示應變片引線分布表示應變片引線分布電容電容。 可求得交流電橋的平衡條可求得交流電橋的平衡條件為：件為： 2413RRRR2112RCRC6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器57R1R2R4R3ACR5DUoU(a)R1R2R4R3ACR5UoU(b)BBR6R1R2R4R3ACUoU(c)BC1C2C3C4R1R2R4R3ACCUoU( d )BRD交流電橋平衡

30、調(diào)節(jié)交流電橋平衡調(diào)節(jié)6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器58六、六、 應變片傳感器的應用應變片傳感器的應用1 1力傳感器力傳感器2 2壓力傳感器壓力傳感器3 3液重傳感器液重傳感器4 4加速度傳感器加速度傳感器6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器59(a)(b)(c)R1R5R2R6R3R7R4R8R1R3R5R7R6R8R2R4(d)UoU1) 1) 圓柱圓柱( (筒筒) )式力傳感器式力傳感器柱式柱式筒式筒式圓柱面展開圖圓柱面展開圖橋路連線圖橋路連線圖6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器60(a)AR1R2Bh(b)MBAFR39.5與柱式相比，應力分布變化較大，且有正有負與柱式相比，應力

31、分布變化較大，且有正有負。結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖2) 2) 環(huán)式力傳感器環(huán)式力傳感器應力分布應力分布6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器616:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器626:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器63沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測。沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器646:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器65將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形，再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器66trxhRpR2R1R4R3rt(a)(b)膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器應變變化圖應變變化圖應變片粘貼應變片粘貼6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器

32、67微 壓 傳 感 器電 阻 應 變敏 感 元 件傳 壓 桿感 壓 膜hRLU1R2R4R0R1R3RtUoLRU22R1R4R0RtR3R120()KK QUA6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器68 應變式加速度傳感器主要用于物體加速度的測量。 基本工作原理：物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，即a=F/m。 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器69電阻應變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖電阻應變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 32141等 強 度 梁 ；2質(zhì) 量 塊 ；3殼 體 ；4電 阻 應 變 敏 感 元 體適用適用1060 Hza=F/m6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器70

33、振動式地音入侵探測器振動式地音入侵探測器: : 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器71橋梁固有頻率測量橋梁固有頻率測量: :6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器72脈象傳感器脈象傳感器6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器73 壓阻傳感器是利用硅的壓阻效應和微電子技術(shù)制成的壓阻傳感器是利用硅的壓阻效應和微電子技術(shù)制成的一種新的物性型傳感器。一種新的物性型傳感器。體型壓力傳感器體型壓力傳感器：半導體應變式半導體應變式固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器（擴散

34、型（擴散型壓阻傳感器）：壓阻傳感器）：應變電阻與硅基片一體化應變電阻與硅基片一體化6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器742(12)d Rd ld ldRldl材料阻值變化材料阻值變化：應變?yōu)椴此杀龋?一、壓阻效應一、壓阻效應 壓阻效應壓阻效應：當固體材料在某一方向承受應：當固體材料在某一方向承受應力時，其力時，其電阻率電阻率（或電阻）發(fā)生變化的現(xiàn)象。（或電阻）發(fā)生變化的現(xiàn)象。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器75:d引 入 ：（： 為 壓 阻 系 數(shù) ;應 力 ）(12)d RR電阻相對變化量：電阻相對變化量：對金屬材料對金屬材料：(12)mdRKR6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器76

35、對半導體材料對半導體材料：sdREKR 式中： 壓阻系數(shù)； E彈性模量； 應力； 應變。Ed2121ERdR 由于半導體的由于半導體的EE一般可達一般可達50-100,50-100,比（比（1+21+2）2 2 大大幾十倍甚至上百倍，因此引起半導體材料電阻相對變化幾十倍甚至上百倍，因此引起半導體材料電阻相對變化的主要原因是壓阻效應，所以上式可近似寫成的主要原因是壓阻效應，所以上式可近似寫成：mmsKKK100506:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器77 晶體是具有多面體形態(tài)的固體，由分子、原子或離子有晶體是具有多面體形態(tài)的固體，由分子、原子或離子有規(guī)則排列而成。規(guī)則排列而成。這種多面體的表面由

36、稱為這種多面體的表面由稱為晶面晶面的許多平面圍的許多平面圍合而成合而成。晶面與晶面相交的直線稱為晶面與晶面相交的直線稱為晶棱晶棱，晶棱的交點稱為晶棱的交點稱為晶體的晶體的頂點頂點。為了說明晶格點陣的配置和確定晶面的位置，。為了說明晶格點陣的配置和確定晶面的位置，通常引進一組對稱軸線，稱為通常引進一組對稱軸線，稱為晶軸晶軸，用，用X X、Y Y、Z Z表示表示。二、晶向的表示方法二、晶向的表示方法 擴散硅壓阻式傳感器的基片是半導體單晶硅。單晶硅是擴散硅壓阻式傳感器的基片是半導體單晶硅。單晶硅是各向各向異性材料異性材料，取向不同其特性不一樣。而取向是用，取向不同其特性不一樣。而取向是用晶向晶向表示

37、的，表示的，所謂晶向就是所謂晶向就是晶面晶面的法線方向。的法線方向。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器78 C ZOBAXY Y11晶體晶面的截距表示晶體晶面的截距表示 硅為立方晶體結(jié)構(gòu)硅為立方晶體結(jié)構(gòu)，就取立方晶體的三個相鄰邊，就取立方晶體的三個相鄰邊為為X X、Y Y、Z Z。在晶軸在晶軸X X、Y Y、Z Z上取與所有晶軸相交的上取與所有晶軸相交的某晶面為某晶面為單位晶面單位晶面，如圖所示。，如圖所示。 此晶面與坐標軸上的截距為此晶面與坐標軸上的截距為OAOA、OBOB、OCOC。已知某晶。已知某晶面在面在X X、Y Y、Z Z軸上的截距為軸上的截距為OAxOAx、OByOBy、OCz

38、OCz，它們與單位，它們與單位晶面在坐標軸截距的比可寫成：晶面在坐標軸截距的比可寫成：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器79 式中，式中，p p、q q、r r為沒有公約數(shù)為沒有公約數(shù)(1(1除外除外) )的簡單整數(shù)。為了方的簡單整數(shù)。為了方便取其倒數(shù)得：便取其倒數(shù)得：式中，式中，h h、k k、l l也為沒有公約數(shù)（也為沒有公約數(shù)（1 1除外）的簡單整數(shù)除外）的簡單整數(shù)。依。依據(jù)上述關(guān)系式，可以看出截距據(jù)上述關(guān)系式，可以看出截距OAOAx x、OBOBy y、OCOCz z的晶面，能用的晶面，能用三個簡單整數(shù)三個簡單整數(shù)h h、k k、l l來表示來表示。h、k、l稱為密勒指數(shù)稱為密勒指數(shù)

39、。rqpOCOCOBOBOAOAzyx:1 1 1: : :xyzOA OBOCh k lOA OBOCp q r6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器80 而晶向是晶面的法線方向，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定，而晶向是晶面的法線方向，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定，晶面晶面符符號為號為( (hklhkl) )，晶面全集晶面全集符號為符號為 hklhkl ，晶向晶向符號為符號為 hklhkl ，晶向全集晶向全集符號為符號為hklhkl。晶面所截的線段對于。晶面所截的線段對于X X軸，軸，O O點點之前為正，之前為正，O O點之后為負；對于點之后為負；對于Y Y軸，軸，O O點右邊為正，點右邊為正，O O點左點左邊為負；對于邊

40、為負；對于Z Z軸，在軸，在O O點之上為正，點之上為正，O O點之下為負。點之下為負。 C ZOBAXY116:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器81依據(jù)上述規(guī)定的晶體符號的表示方法，可用來分析立方依據(jù)上述規(guī)定的晶體符號的表示方法，可用來分析立方晶體中的晶面、晶向。晶體中的晶面、晶向。(110)110100(100)(111)111001100010110100001ZYX單晶硅內(nèi)幾種不同晶向與晶面（b）（a）v 對立方晶系（對立方晶系（x=y=z,xyz),x=y=z,xyz),面指數(shù)為（面指數(shù)為（hkl)hkl)的的晶面與密勒指數(shù)為晶面與密勒指數(shù)為hklhkl的晶向彼此垂直。的晶向彼此垂直

41、。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器82例：例：111111111v 晶向、晶面、晶面族分別為：v 晶向、晶面、晶面族分別為：xy111zzxy4-2-2 1221221226:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器83判斷兩晶面垂直判斷兩晶面垂直v兩晶向兩晶向Ah1k1l1 與與Bh2k2l2:212121llkkhhBA垂直0212121llkkhhBA不垂直0212121llkkhhBA6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器84三、壓阻系數(shù)三、壓阻系數(shù)1 1、單晶硅的壓阻系數(shù)、單晶硅的壓阻系數(shù)d654321,654321,v六個獨立的應力分量：v六個獨立的電阻率的變化率：半導體電阻的相對變化近

42、似等于電阻率的相對變化，而半導體電阻的相對變化近似等于電阻率的相對變化，而電阻率電阻率的相對變化與應力成正比的相對變化與應力成正比，二者的比例系數(shù)就是，二者的比例系數(shù)就是壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器85電阻率的變化與應力分量之間的關(guān)系電阻率的變化與應力分量之間的關(guān)系: :6543216665646362615655545352514645444342413635343332312625242322211615141312116543216:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器86分析分析: : 剪切應力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應剪切應力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應 正向應力不可能產(chǎn)

43、生剪切壓阻效應正向應力不可能產(chǎn)生剪切壓阻效應 剪切應力只能在剪切應力平面內(nèi)產(chǎn)生壓阻效應剪切應力只能在剪切應力平面內(nèi)產(chǎn)生壓阻效應 剪切壓阻系數(shù)相等剪切壓阻系數(shù)相等 正向壓阻系數(shù)相等正向壓阻系數(shù)相等 橫向壓阻系數(shù)相等橫向壓阻系數(shù)相等111212121112121211444444000000000000000000000000441211、分別為縱向、橫向和分別為縱向、橫向和剪切方向的壓阻系數(shù)剪切方向的壓阻系數(shù)6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器87 對對P型硅型硅( (摻雜三價元素）：摻雜三價元素）：11、 120，只考慮，只考慮44 ： 對對N型硅型硅( (摻雜五價元素）摻雜五價元素） ：44

44、 0 ， 12 -1/211 ，晶體導電類型電阻率（.m)11 12 44SiPN7.811.7+6.6-102.2-1.1+53.4+138.1-13.6壓阻系數(shù)（壓阻系數(shù)（10-11m2/N）6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器88pQ2 2、任意方向（、任意方向（P P方向）電阻變化方向）電阻變化/123I/dRR v： 縱向應力縱向應力v ：橫向應力：橫向應力v：縱向壓阻系數(shù)縱向壓阻系數(shù)v : 橫向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器89將各個壓阻系數(shù)向?qū)⒏鱾€壓阻系數(shù)向P P、Q Q方向投影方向投影: :)( 221212121212144121111/nlnmml

45、)(22212221222144121112nnmmll 已知：已知：v(l1,m1,n1):P方向余弦方向余弦v(l2,m2,n2):Q方向余弦方向余弦6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器90關(guān)于方向余弦關(guān)于方向余弦cos222zyxxlcos222zyxzncos222zyxym某晶向某晶向xyz(x,y,zxyz(x,y,z是密勒指數(shù)）的方向余弦為是密勒指數(shù)）的方向余弦為：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器91 例例1：計算（：計算（100）晶面內(nèi)）晶面內(nèi)011晶向的縱向晶向的縱向與橫向壓阻系數(shù)。與橫向壓阻系數(shù)。v（100） 晶面內(nèi)晶面內(nèi) 011 晶向的橫向為晶向的橫向為 011 晶向

46、晶向yxzv設(shè)設(shè)011與與011晶向的方向余弦分別為：晶向的方向余弦分別為： l1、m1、n1, l2、m2、n26:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器9201l21111221m21111221n02l211) 1(1222m211) 1(1222n)(212121)(244121144121111/)(21)21212121)(44121144121112)( 221212121212144121111/nlnmml)(22212221222144121112nnmmll6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器931112/444401122P 對 型硅：441211/111110,21144N

47、 對 型硅：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器94 例例2：計算（：計算（110）晶面內(nèi)）晶面內(nèi)110晶向的縱向與晶向的縱向與橫向壓阻系數(shù)。橫向壓阻系數(shù)。v設(shè)（設(shè)（110110）晶面內(nèi)晶向的一般形式為）晶面內(nèi)晶向的一般形式為hkl,hkl,則：則：0011lkhkhv?。ㄈ。?10）晶面內(nèi)）晶面內(nèi) 110 晶向的橫向為晶向的橫向為 001lhh一般形式為：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器95v設(shè)設(shè) 110 與與 001 晶向的方向余弦分別為：晶向的方向余弦分別為：l1、m1、n1, l2、m2、n201n21) 1(11221l21) 1(11221m02l02m12n6:27 PM生物

48、醫(yī)學傳感電阻傳感器96)(212121)(244121144121111/12441211120)(02144/型硅：對P1111/2141型硅：對N6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器973 3、影響壓阻系數(shù)的因素、影響壓阻系數(shù)的因素 擴散電阻的擴散電阻的表面雜質(zhì)濃度表面雜質(zhì)濃度和和溫度溫度。120140100806040201018101910201021表面雜質(zhì)濃度NS /cm-3P型Si(44)N型Si(-11) 11或 44 / 10-11m2/NT=24壓阻系數(shù)與表面雜質(zhì)濃度NS的關(guān)系v擴散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)都要減小擴散雜質(zhì)濃度增加，壓阻系數(shù)都要減小6:27 PM生物醫(yī)學傳感電

49、阻傳感器98解釋：1nevn：載流子濃度：載流子濃度ve：載流子所帶電荷：載流子所帶電荷v ：載流子遷移率：載流子遷移率v ：電阻率：電阻率vNs雜質(zhì)原子數(shù)多雜質(zhì)原子數(shù)多載流子多載流子多 nv雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度Ns n在應力作用下在應力作用下的變化更小的變化更小 / 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器99v表面雜質(zhì)濃度低時，溫度增加壓阻系數(shù)下降快表面雜質(zhì)濃度低時，溫度增加壓阻系數(shù)下降快v表面雜質(zhì)濃度高時，溫度增加壓阻系數(shù)下降慢表面雜質(zhì)濃度高時，溫度增加壓阻系數(shù)下降慢6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器100en1解釋：vT載流子獲得的動能載流子獲得的動能運動亂運動亂 / Ns大，大， 變化較小

50、變化較小 變化小變化小Ns小，小， 變化大變化大 變化大變化大 Ns大：受溫度影響小受溫度影響小高濃度擴散，使高濃度擴散，使p-n結(jié)擊穿電壓結(jié)擊穿電壓絕緣電阻絕緣電阻 漏電漏電漂移漂移性能不穩(wěn)定性能不穩(wěn)定6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器101四、固態(tài)壓阻器件四、固態(tài)壓阻器件1、固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)原理、固態(tài)壓阻器件的結(jié)構(gòu)原理1 N-Si膜片 2 P-Si導電層 粘貼劑 硅底座 引壓管 Si 保護膜 7 引線 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器102 當硅單晶在任意晶向受到縱向和橫向應力作用時，如圖當硅單晶在任意晶向受到縱向和橫向應力作用時，如圖 (a)(a)所示，其阻值的相對變化為：所示，

51、其阻值的相對變化為： 式中式中 l l縱向應力；縱向應力； t t橫向應力；橫向應力； l l縱向壓阻系數(shù)；縱向壓阻系數(shù)； t t橫向壓阻系數(shù)。橫向壓阻系數(shù)。力敏電阻受力情況示意圖力敏電阻受力情況示意圖llttRR （a）001100010llttR6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器103 在硅膜片上，根據(jù)在硅膜片上，根據(jù)P P型電阻的擴散方向不同可分為型電阻的擴散方向不同可分為徑向電徑向電阻阻和和切向電阻切向電阻，如圖，如圖 (b)(b)所示。擴散電阻的長邊平行于膜片半所示。擴散電阻的長邊平行于膜片半徑時為徑時為徑向電阻徑向電阻R Rr r；垂直于膜片半徑時為；垂直于膜片半徑時為切向電阻切

52、向電阻R Rt t。當圓形。當圓形硅膜片半徑比硅膜片半徑比P P型電阻的幾何尺寸大得多時，其電阻相對變化型電阻的幾何尺寸大得多時，其電阻相對變化可分別表示如下：可分別表示如下： ttrlrRRrttltRR trlrttltRrRt（b）llttRR 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器104 若圓形硅膜片周邊固定，在均布壓力的作用下，當若圓形硅膜片周邊固定，在均布壓力的作用下，當膜片位移遠小于膜片厚度時，其膜片的應力分布為：膜片位移遠小于膜片厚度時，其膜片的應力分布為： 式中式中r r、x x、h h膜片的膜片的有效半徑有效半徑、計算點半徑計算點半徑、厚度厚度（m m）；）；泊松系數(shù)，硅取泊

53、松系數(shù)，硅取=0.35=0.35；P P壓力（壓力（PaPa）。）。2223138rPrxh222311 38tPrxh6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器105trrttr3P4rh23P4rh23P(1+)8rh2平膜片的應力分布圖平膜片的應力分布圖根據(jù)上兩式作出曲線就可得圓形平膜片上各點的應力分布圖。根據(jù)上兩式作出曲線就可得圓形平膜片上各點的應力分布圖。x x=0.635=0.635r r時時，r r=0=0；x x0.63500，即為拉應力；，即為拉應力；x x0.6350.635r r時時，r r00，即為壓應力。，即為壓應力。x x=0.812=0.812r r時時，t t=0=0

54、，僅有，僅有r r存在，且存在，且r r00，即為壓應力。，即為壓應力。00.516:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器106方案一方案一：既利用縱向壓阻效應又利用橫向：既利用縱向壓阻效應又利用橫向壓阻效應壓阻效應 在在001晶向的晶向的N型硅膜片上，沿型硅膜片上，沿110與與110兩晶向擴散四個兩晶向擴散四個P型電阻條型電阻條xyz6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器107trrRR /11/rttRR /11/1101106:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器108 1、在、在110晶向：擴散兩個徑向晶向：擴散兩個徑向P型電阻型電阻222 22 2/44111 1112()l mm nl n1

55、1111022lmn/44122 22222441 21212()l lm mn n22211022lmn44126:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器1092、在在110晶向：擴散兩個切向晶向：擴散兩個切向P型型電阻電阻222222/441111112()l mm nl n02121111nml/441202121222nml4412 2 22222441 21212()l lm mn n 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器110所以所以：24444213()(1)28rtrRprRh 24444213()(1)28rttRprRh trRRRR 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器111r

56、RR tRR RRr電阻變化與電阻變化與r的關(guān)系：的關(guān)系：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器112如：擴散在如：擴散在0.812r處，此時處，此時t=0rrrRR44/21 trRRRR rrtRR4421 6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器113方案二方案二：只利用縱向壓阻效應只利用縱向壓阻效應 在在110110晶向的晶向的N N型硅膜片上，沿型硅膜片上，沿110110晶向晶向在在0.635r0.635r之內(nèi)與之外各之內(nèi)與之外各擴散兩個擴散兩個P P型電阻條，型電阻條，110110的橫向為的橫向為001001。110001R1R2R3R46:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器1140212

57、1111nml44/21100222nml0rRR44/21 110方向方向余弦：方向方向余弦：001方向方向余弦：方向方向余弦：6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器115由于在由于在0.6350.635r r半徑之內(nèi)半徑之內(nèi)r r為正值，在為正值，在0.6350.635r r半徑之半徑之外外r r負值，內(nèi)、外電阻值的變化率應為負值，內(nèi)、外電阻值的變化率應為4412riiRR 4412rooRR riroiRRoRR riroioRRRR 即可組成差動電橋。即可組成差動電橋。式中式中 、 內(nèi)、外電阻所受徑向應力的平均值內(nèi)、外電阻所受徑向應力的平均值內(nèi)外電阻的相對變化。內(nèi)外電阻的相對變化。設(shè)計時

58、，適當安排電阻的位置，可以使得設(shè)計時，適當安排電阻的位置，可以使得:=于是有于是有6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器1161 1、恒壓源供電、恒壓源供電 擴散電阻起始阻值都為擴散電阻起始阻值都為R R，當有應力作用時，兩個電，當有應力作用時，兩個電阻阻值增加，兩個減小；溫度變化引起的阻值變化為阻阻值增加，兩個減?。粶囟茸兓鸬淖柚底兓癁镽 Rt t：R1+ R1R2 - R2UoutR3- R3R4+ R4 五、測量橋路及溫度補償五、測量橋路及溫度補償6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器117電橋輸出為電橋輸出為：()()itoutttitttURRRURRRRRRURRRRRRRRR o

59、utitRUURR 當當R Rt t=0=0時時：outiRUURvR Rt t00時，時，U Uoutout=f(=f(t)t)是非線性關(guān)系是非線性關(guān)系，恒壓源供電不能消，恒壓源供電不能消除溫度影響。除溫度影響。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器1182 2、恒流源供電、恒流源供電)(2tADCABCRRRRIIIADCABC21R1+ R1R2 - R2UoutR3- R3R4+ R4ABCD6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器119outUIRoutUR 11()()22outttUI RRRI RRR 可見，可見，電橋輸出與電阻變化成正比電橋輸出與電阻變化成正比，即與被，即與被測量成

60、正比測量成正比，與恒流源電流成正比與恒流源電流成正比，即與恒流源，即與恒流源電流大小和精度有關(guān)。但電流大小和精度有關(guān)。但與溫度無關(guān)與溫度無關(guān)，因此不受，因此不受溫度的影響。但是，壓阻器件本身受到溫度影響溫度的影響。但是，壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移，因后，要產(chǎn)生零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移，因此必須采取溫度補償措施。此必須采取溫度補償措施。6:27 PM生物醫(yī)學傳感電阻傳感器1203. 3. 零點溫度補償零點溫度補償 零點溫度漂移是由于零點溫度漂移是由于四個擴散電阻的阻值及其溫度四個擴散電阻的阻值及其溫度系數(shù)不一致造成的系數(shù)不一致造成的。一般用串、并聯(lián)電阻法補