第二章电阻式传感器 模拟电子 传感器技术知识 .pptVIP

第二章 电阻式传感器;+△R ;§1 应变式传感器; 机械变形;相对变化;应变片; 金属丝式 金属箔式 金属薄膜式; 金属丝式应变片：有回线式和短接式二种 ; 金属箔式;（1）无需与基体粘贴，消除滞后； （2）适于批量生产； （3）允许电流密度大，灵敏系数大，温度影响小；;三、金属应变片的主要特性;2、机械滞后;3、零漂和蠕变;4、横向效应：;5、其他特性（如何选择这些参数？）;（3）应变极限：应变计的线性(灵敏系数为常数)特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变计的输出特性将出现非线性。在恒温条件下，使非线性误差达到10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。 （一定温度下，应变片的指示应变与试件的的真实应变的相对误差达规定值（通常10%）时的真实应变值。）;（4）疲劳寿命：是衡量应变片动态工作性能的一个重要指标。它是指粘贴在试件上的应变计，在恒幅交变应力作用下，连续工作直至疲劳损坏时的循环次数。它与应变计的取材、工艺和引线焊接、粘贴质量等因素有关，一般要求N=105～107次。;1.何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成丝绕式金属应变片？;2.什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？;§2 压阻式传感器;一、工作原理;二、类型与特点;扩散性压阻式传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。; 灵敏系数Kb＝60～150，灵敏系数特别 大，这是压阻式传感器的突出特点； 分辨力高;应变式传感器与压阻式传感器的比较：;§3 转换电路;平衡时;Uo ＝ UB －UD;;电桥的非线性误差;如何克服直流单臂电桥的非线性问题？;差动电桥;四臂电桥;2.采用恒流源电桥;三、交流电桥;对于电阻而言，交流电桥与直流电桥的平衡条件是一样的。仅存在寄生电容问题，在频率不高的情况下可以忽略。;四、温度误差及其补偿;1）当环境温度变化时 ，敏感栅电阻温度系数为 ，则引起的电阻相对变化为 ;自补偿法－ 选择合适的敏感栅材料，消除温 度或减小温度影响。;(2) 双丝自补偿应变计;另一种方法是两种串接的电阻丝具有相同符号的温度系数，即都为正或都为负，其结构及电桥连接方式如下图所示。在电阻丝串接处焊接引线。适当调节两种电阻丝的长度比和外接电阻RB值，可满足温度自补偿要求。;线路补偿法－接入消除温度影响的电阻。如差动补偿、热敏电阻、补偿电阻。;利用电桥，可以巧妙安装应变片而不需要补偿件并兼得灵敏度提高一倍;3 证明差动电桥线路能实现温度补偿。差动应变片接法如图1。;(2) 热敏电阻补偿法;1、应变片成本非常低，精度高，但存在横向效应。 2、压阻式灵敏系数大、分辨率高、频率响应高、体积小、适于半导体工艺、机械滞后小、横向效应小、但易受温度影响、机械强度差。;二、应用范围;如何应用应变式传感器进行测量？; 建筑上常用应变片检测建筑物的所 承受的应力和应变。如大坝、立交桥 的立柱等。可以长时间检测。 粘贴在建筑物表面； 浇注在混凝土中。;二、应用举例;二、应用举例;电阻应变式传感器的应用举例: 测构件的拉、压应力 ;测量位移、加速度物理参数;4.一应变片的电阻 ， ，用作应变为 的传感元件。a)求 和 ； b)若电源电压 ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压 。 ;4.在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为 的金属应变片 ，把这两应变片接入电桥。若钢的泊松系数 ，应变片的灵敏系数 ，电桥电源电压 ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片 的电阻变化值 ，试求a)轴向应变量；b)电桥的输出电压。