传感器及实用检测技术课件 第3-2-1章.pptVIP

图3－13　双臂半桥 ;　　4.全桥　　电桥中4个臂均接入应变片即为全桥,如图3－14所示。工作时, ;图3－14　全桥;3.2.4　电阻应变片的温度误差及补偿方法　　1.温度误差及其产生的原因　　由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。温度变化所引起的应变片电阻变化与测量应变时应变片电阻的变化几乎有相同的数量级,如果不采取必要的措施,克服温度的影响,测量精度将无法保障。 ;　　2.温度补偿的方法　　温度补偿的方法通常有桥路补偿法和应变片自补偿法两大类。　　1)桥路补偿法　　应变片通常是作为平衡电桥的一个臂测量应变的。图3－15中,R1为工作应变片,它粘贴在被测试件表面上;R2为补偿应变片,它粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上。在工作过程中,补偿块不承受应变。当温度变化时,R1和R2的阻值都发生变化,由于它们感受到相同的温度变化,R1与R2又为同类应变片,且粘贴在相同的材料上,因而温度变化引起的电阻变化ΔR1=ΔR2,在桥路中相互抵消,这样就起到了温度补偿的作用。 ;图3－15　桥路补偿法 ; 2)应变片自补偿法　　(1)选择式自补偿应变片。实现温度自补偿的条件是:当温度变化时,产生的附加应变为零或相互抵消。所以,被测试件的材料选定后,只要选择合适的应变片敏感栅材料,使其温度系数α与试件材料及敏感栅材料的线膨胀系数匹配,就可达到温度自补偿的目的。这种方法的缺点是一种α值的应变片只能在一种材料上使用,因此局限性较大。　　(2)双金属敏感栅自补偿应变片。即制作应变片时,敏感栅采用两种金属材料,它们的温度系数不同,一个为正,一个为负,将二者串联绕制,如图3－16所示。R1、R2为两段不同材料的敏感栅,这样,当温度变化时,产生的电阻变化一个为正,另一个为负,若使其大小相等,则相互抵消。 ;图3－16　双金属敏感栅自补偿应变片 ;3.2.5　应变式传感器的用途　　应变式传感器按其用途不同,可分为： 应变式力传感器； 应变式压力传感器等。　　1.应变式力传感器　　应变式力传感器主要用途：测量荷重及力。它在电子自??秤中的应用非常普遍,例如电子轨道衡、电子吊车衡、电子配料秤、商用电子秤、自动灌包定量秤、电子皮带秤等。在工业及国防上使用应变式力传感器的地方也很多,例如各种机械零件受力状态、材料试验设备、发动机推力测试等。 ;　　应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性,当传感器在受副侧向力作用或力的作用点做少量变化时,不应对输出有明显的影响。应变式力传感器上的应变片要尽量粘贴在弹性元件较平的地方,弹性元件在结构上最好能有相同的正负应变区。如果使用柱式弹性元件,要尽可能消除偏心和弯矩的影响,应变片应对称地粘贴在应力均匀的柱表面中间部位。 ;　　2.应变式压力传感器　　应变式压力传感器主要用途：测量流动介质的动态或静态压力,例如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、发动机内部的压力变化、枪管及炮管内部的压力、内燃机管道压力等。　　应变式压力传感器多采用膜片式或筒式弹性元件。 ; 3.3　压阻式压力传感器 3.3.1　压阻式压力传感器的工作原理与主要特点　　1.工作原理　　工作原理：是基于半导体材料的压阻效应的。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。能产生明显的压阻效应的材料很多,但半导体材料的这种效应特别显著,能直接反映出很微小的应变。常见的半导体应变片是用锗和硅等半导体材料作为敏感栅的,一般为单根状,如图3－17所示。 ;图3－17　半导体应变片的结构形式 ;　　2.主要特点　　(1)压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变式压力传感器的灵敏度系数要大50～100倍。有时压阻式压力传感器的输出不需要放大器就可直接进行测量。　　 (2)由于它采用集成电路工艺加工,因而结构尺寸小,重量轻。　　(3)压力分辨率高,它可以检测出像血压那么小的微压。　　(4)频率响应好,它可以测量几十千赫兹的脉动压力。　　(5)由于传感器的力敏元件及检测元件制在同一块硅片上,因此它的工作可靠,综合精度高,且使用寿命长。　　(6)由于它采用半导体材料硅制成,对温度较敏感,再加上不采用温度补偿,因而温度误差较大。;3.3.2　温度补偿　　为了解决温度漂移问题,在电桥的供电方式上,一般都采用恒流源供电方式,使电桥的输出与温度无关。 有零位温度漂移,而且它的灵敏度也随温度变化而变化。传感器的零位温漂可采用在电桥电路中串联、并联补偿电阻的方法来解决,如图3－18所示。其中Rt为负温度系数的热敏电阻,RP用来调节零位输出。 目前已出现了集成化压