第二章第四五節(jié)霍爾式壓力傳感器及應變式壓力傳感器

1、 lRA 1、 金屬應變片的工作原理金屬應變片的工作原理 當電阻絲受到軸向的拉力當電阻絲受到軸向的拉力F作用時，將伸長作用時，將伸長l，橫截面積，橫截面積相應減小相應減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了改變了，從而引起的電阻值相對變化量為，從而引起的電阻值相對變化量為:RlARlA以微分表示為以微分表示為: ddddRlARlA式中式中 dl/l、dA/A、d/ 分別為長度、截面積和電阻率分別為長度、截面積和電阻率的相對變化量的相對變化量，dR/R為電阻的相對為電阻的相對變化量。變化量。d lldd2ArAr式中，式中， 稱為金屬電阻絲的軸向

2、應變，簡稱應變。稱為金屬電阻絲的軸向應變，簡稱應變。對于圓形截面金屬電阻絲，截面積對于圓形截面金屬電阻絲，截面積A r2， dA=2 rdr，則則為圓形截面電阻絲的截面積相對變化量。為圓形截面電阻絲的截面積相對變化量。d1 d2rArA稱為金屬電阻絲的徑向應變。根據材料的力學性質，稱為金屬電阻絲的徑向應變。根據材料的力學性質， 在彈性范圍內，當金屬絲受到軸向的拉力時，將沿軸向在彈性范圍內，當金屬絲受到軸向的拉力時，將沿軸向伸長，沿徑向縮短。軸向應變和徑向應變的關系可以表伸長，沿徑向縮短。軸向應變和徑向應變的關系可以表示為：示為：ddrlrl 式中：式中：為電阻絲材料的泊松比（泊松系為電阻絲材料

3、的泊松比（泊松系 數），負號表數），負號表示應變方向相反。示應變方向相反。dd(12)RR把單位應變引起的電阻值變化量定義為電阻絲的靈敏系把單位應變引起的電阻值變化量定義為電阻絲的靈敏系數數K，則，則dd120RRK 靈敏系數靈敏系數K受兩個因素影響：受兩個因素影響：l 應變片受力后材料幾何尺寸的變化（反映幾何變形應變片受力后材料幾何尺寸的變化（反映幾何變形效應），即效應），即1+2；l 應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化(反映壓阻效反映壓阻效應應)，即，即(d/)/。d0R= KR0R= KR對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數表達式（對金屬材料來說，電阻絲靈敏

4、度系數表達式（1+2）中）中的值通常要比的值通常要比 (d/)/ 大得多，而半導體材料的大得多，而半導體材料的 (d/)/ 項的值比項的值比 （1+2）大得多。實驗表明，在電）大得多。實驗表明，在電阻絲拉伸極限內，電阻的相對變化與應變成正比，即阻絲拉伸極限內，電阻的相對變化與應變成正比，即K為常數。為常數。d120K 4113111222141111131,(1)(1)(1)(1)(1)outRRRUnURRRRRnUUnRRRRnRRnnRRRR211(1)o u tuUn USRnR特點：特點：l電橋輸出電壓電橋輸出電壓Uout與與R1/R1是非線性關系，當是非線性關系，當 R1/R1很小

5、時，兩者近似為線性關系；很小時，兩者近似為線性關系；l電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度Su正比于電橋供電電壓。當正比于電橋供電電壓。當n=1時，時，即即R1=R2、R3=R4時，時，Su最大。最大。max211,1(1)4outuUnUUSnRnR241213111R,22outuRRnRRRRUUUSR若 和 則: 2413RRRR電橋初始平衡條件：特點：特點：l電橋輸出電壓電橋輸出電壓Uout與與R1/R1是線性關系；是線性關系；l電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度Su正比于電橋供電電壓。當正比于電橋供電電壓。當n=1時，即時，即R1=R2、R3=R4時，時，Su最大，是單臂測量電最大，是單臂測量電

6、路的路的2倍。倍。1243123411R,outuRRRRRRRRUUSUR若 和 則 l電橋輸出電壓電橋輸出電壓Uout與與R1/R1是線性關系；是線性關系；l電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度Su正比于電橋供電電壓。當正比于電橋供電電壓。當R1=R2=R3=R4，Su最大，是半橋差動測量電路的最大，是半橋差動測量電路的2倍。倍。特點：特點：1243RRRRR 1111414outUI RRR 111111412outRUURRR采用恒壓源供電時，當采用恒壓源供電時，當R1=R2=R3=R4時，單臂測量電時，單臂測量電路的輸出電壓為：路的輸出電壓為：結論結論:當當有有恒流源供電與恒壓源供電恒流源供電與恒壓源供電情況相比，電橋輸出電壓情況相比，電橋輸出電壓 的非線性的誤差減小一倍。的非線性的誤差減小一倍。ESFr)1(22 (1)rFE SEbhFlx224EbhFlx324)3)(1 (8322022rrEpr)(1 (8322022rrEpt膜片上任一點的徑向應變：膜片上任一點的徑向應變：膜片上任一點的切向應變：膜片上任一點的切向應變：膜片上貼有四個應變片膜片上貼有四個應變片R1、R2、R3、R4，在膜片受壓力作用，在膜片