傳感器與檢測技術(shù)21 應(yīng)變式傳感器-4復(fù)習(xí)

1、第2章電阻(dinz)式傳感器原理與應(yīng)用2.1 應(yīng)變式傳感器2.1.1 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理2.1.2 電阻應(yīng)變片的特性2.1.3 電阻應(yīng)變片的測量(cling)電路2.1.4 電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用2.2 壓阻式傳感器2.2.1 半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)2.2.2 體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片2.2.3 擴散型電阻式壓力傳感器2.2.4 壓阻式加速度傳感器2.2.5 測量橋路及溫度補償上一頁返 回下一頁共二十頁2.1.1 工作(gngzu)原理1.金屬的電阻(dinz)應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時 其電阻值將發(fā)生變化F l、A 、 R共二十頁電阻(dinz)的靈敏系數(shù)對于半徑

2、(bnjng)為r的圓導(dǎo)體，A=r2，A/A=2r/r又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)， 為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量；為電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.30.5；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)；為應(yīng)力值；E為材料的彈性模量； 共二十頁金屬(jnsh)電阻的靈敏系數(shù)材料的幾何(j h)尺寸變化引起的材料的電阻率隨應(yīng)變引起的（壓阻效應(yīng)）金屬材料：k0以前者為主，則k01+2=1.73.6半 導(dǎo) 體：k0值主要是由電阻率相對變化所決定共二十頁2. 應(yīng)變片的基本(jbn)結(jié)構(gòu)與種類 敏感柵 直徑(zhjng)為0.025mm左右的合金電阻絲 絲繞式 基 底 絕緣 覆蓋層 保護位移、力、力

3、矩、加速度、壓力彈性敏感元件 應(yīng)變 外力作用被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形應(yīng)變片敏感柵隨同變形電阻值發(fā)生相應(yīng)變化 應(yīng)變片共二十頁（一）靈敏(ln mn)系數(shù)“標(biāo)稱靈敏系數(shù)”：受軸向單向力（拉或壓），試件材料為泊松系數(shù)=0.285的鋼等。一批產(chǎn)品(chnpn)中只能抽樣5的產(chǎn)品來測定，取平均值及允許公差值。電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k 電阻絲的靈敏系數(shù)k0 粘結(jié)層傳遞變形失真還存在有橫向效應(yīng) 原因：共二十頁 （二）橫向(hn xin)效應(yīng)敏感柵是由多條直線和圓弧部分(b fen)組成直線段：沿軸向拉應(yīng)變x，電阻圓弧段：沿軸向壓應(yīng)度y 電阻 K (箔式應(yīng)變片)lyxy共二十頁（三）溫度(wnd)誤差及其補

4、償 1、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化t時，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮(y su)），引起的電阻相對變化 。共二十頁 電橋(din qio)補償法 U0R1R4R3URbFFR1Rb共二十頁 應(yīng)變(yngbin)片的自補償法 粘貼在被測部位上的是一種(y zhn)特殊應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒?，這種應(yīng)變片稱為溫度自補償應(yīng)變片。利用這種應(yīng)變片來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補償法。a. 選擇式自補償應(yīng)變片b. 雙金屬敏感柵自補償應(yīng)變片 共二十頁熱敏電阻(r mn din z)補償 T KRtUiR1RR4R3U0R2RtR

5、5 分流電阻 UURt U = Ui - URtK共二十頁1. 直流電橋 直流電橋的工作(gngzu)原理 時電橋(din qio)平衡平衡條件 :R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+R1R2R4R3UILRL共二十頁單臂電橋，即R1橋臂變化(binhu)R，理想的線性關(guān)系 實際輸出(shch)電壓 電橋的相對非線性誤差為 2.非線性誤差及其補償共二十頁減小非線性誤差 采用(ciyng)的措施為： （1）采用(ciyng)半橋差動電橋 R1R2FU0R1R1R4R3UR2R2共二十頁輸出(shch)電壓為：U0R1R1UR2R2R4R4R3R3全橋差動電路(dinl)共二十頁2.

6、2.1 半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)(xioyng) 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng) 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強。 壓阻式傳感器的靈敏系數(shù)大，分辨率高。頻率響應(yīng)高，體積小。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。因為半導(dǎo)體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須(bx)要有溫度補償。共二十頁2. 測量(cling)電路 恒壓源恒流源電橋(din qio)輸出電壓與R / R成正比，輸出電壓受環(huán)境溫度的影響。電橋輸出電壓與R成正比，環(huán)境溫度的變化對其沒有影響。共二十頁1. 恒流源供電(n din)電橋恒流源供電(n din)的全橋差動電路 假設(shè)RT為溫度引起的電阻變

7、化 電橋的輸出為電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比，但與溫度無關(guān)，因此測量不受溫度的影響。共二十頁2.溫度漂移(pio y)及其補償UR1R2R4R3U0RsRpVD溫度變化(binhu)而變化(binhu)，將引起零漂和靈敏度漂移 零 漂 擴散電阻值隨溫度變化靈敏度漂移 壓阻系數(shù)隨溫度變化零 位 溫 漂 串、并聯(lián)電阻靈敏度溫漂 串聯(lián)二極管串聯(lián)電阻Rs起調(diào)零作用并聯(lián)電阻RP起補償作用 End the 2.2共二十頁內(nèi)容摘要第2章電阻式傳感器原理與應(yīng)用。2.1 應(yīng)變式傳感器。2.1.1 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2.1.2 電阻應(yīng)變片的特性。2.1.4 電阻應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用。2.2.1 半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。2.2.2 體型半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。2.2.3 擴散型電阻式壓力傳感器。2.2.5 測量橋路及溫度補償。為電阻絲材料的泊松比，一般金屬=0.30.5。材料的電阻率隨應(yīng)變引起的（壓阻效應(yīng)）。金屬