传感器第3章.pptVIP

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2016-08-07 发布于重庆
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传感器第3章.ppt

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传感器第3章

第 3 章电阻式传感器通常采用电桥电路实现转换。根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥。用框图表示为： 3.4 应变式传感器的测量电路测量电路（确定关系） ΔR 电阻电压，电流即：或第 3 章电阻式传感器戴维南定理：任意含源二端网络，可以用一电压源串电阻的组合等效。其电压源的电压等于该网络的开路电压，电阻等于网络内部独立源置零后无源网络的等效电阻。补充：（1）开路电压（2）短路电阻第 3 章电阻式传感器第 3 章电阻式传感器 3.4.1 直流电桥转换原理 1.直流电桥平衡条件电桥如图（a）所示，图中U为供桥电源电压，R1、R2、R3 和R4为桥臂，电桥的输出电压为: 时电桥平衡，则平衡条件为： ?????????? 这说明要使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等或相对两臂电阻的乘积相等。第 3 章电阻式传感器因为，其中任意一个电阻变化或多个电阻变化输出的电流值都随之变化，这也就是电桥转换的原理，将电阻的变化转换为电压（流）的变化。 3.4.2直流电桥电压灵敏度如图 (b)，设R1为工作应变片，由于应变使电阻变化ΔR1， R2、R3和R4为固定电阻。U0为输出电压，并设RL＝∞，初始状态电桥平衡，U0＝0，当有ΔR1时，电桥输出电压：第 3 章电阻式传感器设桥臂比n＝R2/R1，由于电桥初始平衡有R2/R1＝R3/R4，略去分母中的ΔR1/R1，可得?：第 3 章电阻式传感器电桥灵敏度定义为：可得单臂工作应变片的电桥电压灵敏度为: U值的选择受应变片功耗的限制。U值确定后，取，即可知n＝1时，即R1＝R2，R3＝R4时，Sv电桥的电压灵敏度最高。第 3 章电阻式传感器 3.4.3 对称电桥（1）R2=R1,R4=R3时，称第一类对称电桥（半等臂电桥）；（2）R1=R4,R2=R3时，称第二类对称电桥（半等臂电桥）；（3） R1=R2＝R3=R4时，称全等臂电桥。 3.4.4 电桥的输出特性电桥的平衡条件：R1R3=R2R4 或R1/R2=R4/R3 。 1）全等臂电桥的输出特性第 3 章电阻式传感器设电桥的四个臂都由应变片组成，则此时输出电压的变化量为设供桥电压常数，且，对求全微分已知第 3 章电阻式传感器全等臂电桥R1=R2=R3=R4,得：令: 得 2）单臂电桥的输出特性设R1为工作臂，此时R1 R1+△R1 3）第一类对称电桥的输出特性设R1，R2为工作臂，此时R1 R1+△R1, R2 R2+△R2 第 3 章电阻式传感器 4）第二类对称电桥的输出特性设R1，R4为工作臂，此时R1 R1+△R1, R4 R4+△R4， 5)电桥的输出的非线性特性及非线性误差 ①线性特性当△RR时，可视△U0为线性，即： ②非线性误差当应变片的灵敏度很大或者测量大的应变时，将会产生非线性误差。第 3 章电阻式传感器由于可见非线性误差和ΔR1/R1有关，对于金属丝应变片，因为ΔR非常小。电桥非线性误差可以忽略，对于半导体应变片，因为灵敏度比金属丝大得多，受应变时ΔR很大，，非线性误差不能忽略。 ???????? 将分母1+ΔR1/2R1按幂级数展开，再略去高阶量，得：第 3 章电阻式传感器为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。如图（a)，试件上安装两个工作应变片，一片受拉，一片受压，然后接入电桥相邻臂，跨在电源二端。电桥输出电压： 3.4.5 非线性误差的补偿第 3 章电阻式传感器设初始时R1＝R2＝R3＝R4， ΔR1＝ΔR2，则： ???? 可见输出电压U0与ΔR1/R1成严格的线性关系，没有非线性误差，电桥灵敏度：为了提高电桥灵敏度或进行温度补偿，在电桥臂中往往安置多个应变片。电桥也可采用二臂或四臂电桥。如图（b）为四臂电桥，同理可得电桥输出电压为： ????? ???????????????????????????????? 第 3 章电阻式传感器电压灵敏度为：Sv＝U，为单臂情况下的四倍。利用电桥的特性不仅可以提高灵敏度，还可以抑制干扰信号，因为当电桥的各臂或相邻两臂同时有某一个增量时，对电桥的输出没有影响。第 3 章电阻式传感器直流电桥的优点：高稳定度的直流电