傳感器技術(shù)_第三章

1、第三章第三章 電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器3.1 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片3.1.1 應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變電阻效應(yīng)電阻式傳感器電阻式傳感器 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力（拉力或壓力）的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力（拉力或壓力）的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形會(huì)導(dǎo)致其電阻值變作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形會(huì)導(dǎo)致其電阻值變化，這種因化，這種因形變形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)”。電阻式傳感器電阻式傳感器 當(dāng)材料受到軸向力而被拉伸（或壓縮）時(shí)，其當(dāng)材料受到軸向力而被拉伸（或壓縮）時(shí)，其l、A和和 均發(fā)生變化，因而電阻隨之發(fā)生變化。對(duì)上式取對(duì)數(shù)后再作均發(fā)

2、生變化，因而電阻隨之發(fā)生變化。對(duì)上式取對(duì)數(shù)后再作微分，即微分，即dAdAldlRdR式中，式中， 材料的軸向線應(yīng)變，材料的軸向線應(yīng)變， 常用單位常用單位（1 = 1 10-6 mm/mm） /）（ldl2-/2 /）（）（rdrAdA（3.2）其中，其中，r 導(dǎo)體的半徑；導(dǎo)體的半徑； 導(dǎo)體材料的泊松比。導(dǎo)體材料的泊松比。dRdR)2(1所以，所以， 對(duì)于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，上式中對(duì)于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，上式中電阻率相對(duì)變化電阻率相對(duì)變化的受力的受力效應(yīng)是不一樣的，分別討論如下：效應(yīng)是不一樣的，分別討論如下：（3.3）電阻式傳感器電阻式傳感器 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 通過實(shí)驗(yàn)研

3、究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有如下關(guān)系其體積相對(duì)變化之間有如下關(guān)系VdVCd 式中，式中，C 由一定的材料和加工方式?jīng)Q定的常數(shù)。由一定的材料和加工方式?jīng)Q定的常數(shù)。)2(1AAdldlVdV（3.4）（3.5） 代入代入式式(3.3)，并考慮實(shí)際上，并考慮實(shí)際上 R R，故可得，故可得m)2(1)21(KCRR 式中，式中， 金屬絲材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)金屬絲材料的應(yīng)變靈敏系數(shù))2(1)21 (mCK電阻式傳感器電阻式傳感器上式表明：金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線性上式表明：金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線性應(yīng)變應(yīng)變成正比。成正比。這就是

4、金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。電阻式傳感器電阻式傳感器 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 半導(dǎo)體單晶半導(dǎo)體單晶Si、Ge等材料在外力作用下電阻率將發(fā)生變等材料在外力作用下電阻率將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)。Ed（3.6） 式中，式中， 作用于材料的軸向應(yīng)力；作用于材料的軸向應(yīng)力； 半導(dǎo)體材料在受力方向的壓阻系數(shù)；半導(dǎo)體材料在受力方向的壓阻系數(shù)； E 半導(dǎo)體材料的彈性模量。半導(dǎo)體材料的彈性模量。電阻式傳感器電阻式傳感器 將式將式(3.6)代入式代入式(3.3)，可得可得s)21(KERR（3.7） 式中，式中， 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變

5、靈敏系數(shù)。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)。EK21s因此，金屬和半導(dǎo)體的應(yīng)變電阻效應(yīng)為，因此，金屬和半導(dǎo)體的應(yīng)變電阻效應(yīng)為， 式中，式中，K0 導(dǎo)電材料的靈敏系數(shù)導(dǎo)電材料的靈敏系數(shù) 。0KRR 金屬材料金屬材料金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以幾何尺寸變化為主。金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以幾何尺寸變化為主。電阻式傳感器電阻式傳感器)2(1)21 (m0CKK 靈敏系數(shù)的討論靈敏系數(shù)的討論0KRR 它由兩部分組成：它由兩部分組成：前部分為受力后金屬絲幾何尺寸變化所致；前部分為受力后金屬絲幾何尺寸變化所致；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。21)2(1)21 (m0CKK 它由兩部分組成

6、：它由兩部分組成：前部分為受力后半導(dǎo)體幾何尺寸變化所致；前部分為受力后半導(dǎo)體幾何尺寸變化所致；后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致。后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致。電阻式傳感器電阻式傳感器半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料0KRREKK)21 (s0EEKK)21 (s0電阻式傳感器電阻式傳感器 使用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，是將應(yīng)變片牢固地粘貼使用應(yīng)變片測量應(yīng)變或應(yīng)力時(shí)，是將應(yīng)變片牢固地粘貼在被測彈性元件上，當(dāng)元件受力在被測彈性元件上，當(dāng)元件受力變形變形時(shí)，應(yīng)變片隨之相應(yīng)時(shí)，應(yīng)變片隨之相應(yīng)變變形形，從而引起，從而引起電阻的電

7、阻的變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量為R時(shí)，便可得到被測對(duì)象的時(shí)，便可得到被測對(duì)象的應(yīng)變應(yīng)變值，值， 根據(jù)根據(jù)應(yīng)力應(yīng)力與與應(yīng)變應(yīng)變的關(guān)的關(guān)系，得到應(yīng)力值系，得到應(yīng)力值。E3.1.2 測試原理測試原理KRR 通過彈性敏感元件的作用，將位移、力矩、壓力、加速通過彈性敏感元件的作用，將位移、力矩、壓力、加速度等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可將應(yīng)變片由測量應(yīng)變擴(kuò)展到測度等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可將應(yīng)變片由測量應(yīng)變擴(kuò)展到測量能量能引起應(yīng)變的各種參量引起應(yīng)變的各種參量，從而形成各種電阻應(yīng)變式傳感器。，從而形成各種電阻應(yīng)變式傳感器。電阻式傳感器電阻式傳感器3.1.3 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類

8、型電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類型 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 利用導(dǎo)電材料的利用導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變電阻效應(yīng)，可以制成測量元件表，可以制成測量元件表面應(yīng)變的面應(yīng)變的傳感元件傳感元件。為在較小的尺寸范圍內(nèi)敏感有較大的。為在較小的尺寸范圍內(nèi)敏感有較大的輸出，通常把應(yīng)變絲制成輸出，通常把應(yīng)變絲制成柵狀柵狀的應(yīng)變傳感元件，即電阻應(yīng)的應(yīng)變傳感元件，即電阻應(yīng)變片（也稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì)）。變片（也稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì)）。引線引線蓋層蓋層基底基底敏感柵敏感柵金屬絲式應(yīng)變片：金屬絲式應(yīng)變片： 一 般 以 使 用一 般 以 使 用面積（面積（l b）和敏）和敏感柵的電阻值來感柵的電阻值來表示。阻值一般表示。阻值一般在在10

9、0 以上。以上。1. 敏感柵敏感柵 應(yīng)變片中實(shí)現(xiàn)應(yīng)變片中實(shí)現(xiàn)應(yīng)變電阻應(yīng)變電阻轉(zhuǎn)換的傳感元件。它通常由直徑轉(zhuǎn)換的傳感元件。它通常由直徑0.0150.05 mm的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。的金屬絲繞成柵狀，或用金屬箔腐蝕成柵狀。電阻式傳感器電阻式傳感器 對(duì)制作敏感柵材料的要求：對(duì)制作敏感柵材料的要求： 靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K和電阻率和電阻率 盡可能高而穩(wěn)定，且盡可能高而穩(wěn)定，且K在很大范圍內(nèi)在很大范圍內(nèi)為常數(shù)，即電阻變化率為常數(shù)，即電阻變化率 與應(yīng)變與應(yīng)變 之間在較大范圍內(nèi)具有良之間在較大范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系；好的線性關(guān)系； 電阻溫度系數(shù)小，電阻溫度間的線性關(guān)系和重復(fù)性好，電阻溫度系數(shù)

10、小，電阻溫度間的線性關(guān)系和重復(fù)性好，與其它金屬之間的接觸熱電勢?。慌c其它金屬之間的接觸熱電勢小； 機(jī)械強(qiáng)度高，輾壓及焊接性能好，抗氧化、抗腐蝕能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，輾壓及焊接性能好，抗氧化、抗腐蝕能力強(qiáng)，機(jī)械滯后微小，價(jià)格便宜。機(jī)械滯后微小，價(jià)格便宜。RR電阻式傳感器電阻式傳感器2. 基底：為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常將粘基底：為保持敏感柵固定的形狀、尺寸和位置，通常將粘結(jié)劑將它固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。應(yīng)變片工作時(shí)，基底結(jié)劑將它固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上。應(yīng)變片工作時(shí)，基底起著把元件應(yīng)變準(zhǔn)確地起著把元件應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞傳遞給敏感柵的作用。為此基底必須給敏感柵的作用。為此基底必須很薄，一

11、般為很薄，一般為0.020.04 mm。3. 引線：起著敏感柵和測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。引線：起著敏感柵和測量電路之間的過渡連接和引導(dǎo)作用。4. 蓋層：用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層。蓋層：用紙、膠作成覆蓋在敏感柵上的保護(hù)層。5. 粘結(jié)劑：在制造應(yīng)變片時(shí)，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)粘結(jié)劑：在制造應(yīng)變片時(shí)，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于基底；在使用應(yīng)變片時(shí)，用它把應(yīng)變片基底再粘貼在元件于基底；在使用應(yīng)變片時(shí)，用它把應(yīng)變片基底再粘貼在元件表面的被測部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。表面的被測部位。因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。電阻式傳感器電阻式傳感器回線式敏感柵回線式敏感柵短接式敏感柵短

12、接式敏感柵回線半徑回線半徑r：0.10.3 mm橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) 敏感柵平行排列，兩端用敏感柵平行排列，兩端用直徑比柵絲直徑大直徑比柵絲直徑大510倍的倍的鍍銀絲短接而成?？朔藱M向鍍銀絲短接而成?？朔藱M向效應(yīng)。效應(yīng)。 應(yīng)變片的類型應(yīng)變片的類型 金屬絲式金屬絲式電阻式傳感器電阻式傳感器 通過光刻腐蝕技術(shù)將厚度為通過光刻腐蝕技術(shù)將厚度為0.0030.01 mm金屬箔片制金屬箔片制成所需的各種圖形的敏感柵，亦稱應(yīng)變花。成所需的各種圖形的敏感柵，亦稱應(yīng)變花。 優(yōu)點(diǎn)：與被測試件粘貼面積大，傳遞試件應(yīng)變性能好；散熱優(yōu)點(diǎn)：與被測試件粘貼面積大，傳遞試件應(yīng)變性能好；散熱 條件好；橫向效應(yīng)??；蠕變較小。條件

13、好；橫向效應(yīng)??；蠕變較小。 金屬箔式金屬箔式 金屬薄膜應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片 采用真空濺射或真空沉積的方法，將產(chǎn)生應(yīng)變的金屬采用真空濺射或真空沉積的方法，將產(chǎn)生應(yīng)變的金屬或合金直接沉積在彈性元件上而不用粘合劑，薄膜厚度在或合金直接沉積在彈性元件上而不用粘合劑，薄膜厚度在0.1 m以下。以下。 這種應(yīng)變片的靈敏系數(shù)高，允許工作電流密度大，工這種應(yīng)變片的靈敏系數(shù)高，允許工作電流密度大，工作溫度范圍寬，可達(dá)作溫度范圍寬，可達(dá)197 C317 C電阻式傳感器電阻式傳感器 利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制成的一種轉(zhuǎn)換元件。具有靈敏系數(shù)利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制成的一種轉(zhuǎn)換元件。具有靈敏系數(shù)高、機(jī)械滯后小、體積小及耗電量少等

14、優(yōu)點(diǎn)。高、機(jī)械滯后小、體積小及耗電量少等優(yōu)點(diǎn)。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻溫度系數(shù)大半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻溫度系數(shù)大, ,非線性大。隨著半導(dǎo)體非線性大。隨著半導(dǎo)體IC工藝工藝發(fā)展，相繼出現(xiàn)了擴(kuò)散型、外延型和薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片。發(fā)展，相繼出現(xiàn)了擴(kuò)散型、外延型和薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片。電阻式傳感器電阻式傳感器 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體敏感條半導(dǎo)體敏感條引線引線基底基底電阻式傳感器電阻式傳感器3.1.4 電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性 靈敏系數(shù)（靈敏系數(shù)（K） 當(dāng)具有初始電阻當(dāng)具有初始電阻R的應(yīng)變片粘貼于元件表面時(shí)，元件的應(yīng)變片粘貼于元件表面時(shí)，元件受力引起的應(yīng)變，將傳遞給應(yīng)變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電

15、受力引起的應(yīng)變，將傳遞給應(yīng)變片的敏感柵，使其產(chǎn)生電阻相對(duì)變化阻相對(duì)變化 。在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，有如下關(guān)系：。在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，有如下關(guān)系：RR/xKRR 式中，式中， x 應(yīng)變片軸向應(yīng)變；應(yīng)變片軸向應(yīng)變； 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在被測元件應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。它表示安裝在被測元件上的應(yīng)變片，在其上的應(yīng)變片，在其軸向軸向受到受到單向應(yīng)力單向應(yīng)力時(shí)引起的時(shí)引起的電阻電阻相對(duì)變化相對(duì)變化（ ），與此），與此單向應(yīng)力單向應(yīng)力引起的元件表面引起的元件表面軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變（ x ）之比。）之比。xRRK/RR/電阻式傳感器電阻式傳感器 需要注意的是，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)需要注意的是，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K并不

16、等于其敏感并不等于其敏感柵應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)柵應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)K0，一般情況下，一般情況下，K K0。因?yàn)樵趩?。因?yàn)樵趩蜗驊?yīng)力產(chǎn)生雙向應(yīng)變的情況下，向應(yīng)力產(chǎn)生雙向應(yīng)變的情況下，K除了受到敏感柵結(jié)構(gòu)形除了受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分柵端圓弧部分橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)的影響。的影響。 應(yīng)變片的標(biāo)定：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變應(yīng)變片的標(biāo)定：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測量的精度。因此，測量的精度。因此，K值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下通過實(shí)測確定，故在規(guī)定條件下

17、通過實(shí)測確定，故K又稱又稱標(biāo)定靈敏系數(shù)標(biāo)定靈敏系數(shù)。 橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)（橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)（H）電阻式傳感器電阻式傳感器敏感柵敏感柵軸向軸向縱柵縱柵：軸向拉應(yīng)變軸向拉應(yīng)變 x ，電阻增加，電阻增加圓弧圓弧橫柵橫柵：橫向壓應(yīng)變：橫向壓應(yīng)變 y，電阻減小，電阻減小yx 應(yīng)變片在感受被測試件的應(yīng)變時(shí)，橫向應(yīng)變將使其電阻變應(yīng)變片在感受被測試件的應(yīng)變時(shí)，橫向應(yīng)變將使其電阻變化率減小，從而降低靈敏系數(shù)的現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的化率減小，從而降低靈敏系數(shù)的現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)。電阻式傳感器電阻式傳感器總電阻相對(duì)變化為總電阻相對(duì)變化為xxyyxxaHKKKRR)1 ( 式式中，中，Kx 縱向靈敏

18、系數(shù)，當(dāng)縱向靈敏系數(shù)，當(dāng)y0時(shí)，單位軸向應(yīng)變時(shí)，單位軸向應(yīng)變 引起的電阻值相對(duì)變化；引起的電阻值相對(duì)變化； Ky 橫向靈敏系數(shù)，當(dāng)橫向靈敏系數(shù)，當(dāng)x0時(shí)，單位橫向應(yīng)變時(shí)，單位橫向應(yīng)變 引起的電阻值相對(duì)變化；引起的電阻值相對(duì)變化； a y x 雙向應(yīng)變比；雙向應(yīng)變比； H Ky Kx 雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比。雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比。 電阻式傳感器電阻式傳感器 橫向效應(yīng)降低了電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)橫向效應(yīng)降低了電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，帶來測量誤，帶來測量誤差，所以要減小差，所以要減小H。 當(dāng)當(dāng)a y x 0，則，則xxxKHKRR)1 (0 在單向應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵在單向應(yīng)力、雙向應(yīng)變情

19、況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)變的作用。橫向效應(yīng)的大小用橫向效應(yīng)系數(shù)消軸向應(yīng)變的作用。橫向效應(yīng)的大小用橫向效應(yīng)系數(shù)H來來表示，即表示，即%100 xyKKH 敏感柵的縱柵敏感柵的縱柵l0愈長，而橫柵愈長，而橫柵r愈小，則愈小，則H愈小。因此，愈小。因此，采用短接式或直角式橫柵，可有效地克服橫向效應(yīng)的影響。采用短接式或直角式橫柵，可有效地克服橫向效應(yīng)的影響。電阻式傳感器電阻式傳感器短接式短接式直角式直角式箔式箔式電阻式傳感器電阻式傳感器 機(jī)械滯后（機(jī)械滯后（Zj） 對(duì)于已安裝在元件表面的應(yīng)變片，在溫度恒定時(shí)，增對(duì)于已安裝在元件表面的應(yīng)變片，在溫度恒定時(shí)，增加或減少機(jī)械應(yīng)變過程中，在同一機(jī)械應(yīng)變

20、量的作用下指加或減少機(jī)械應(yīng)變過程中，在同一機(jī)械應(yīng)變量的作用下指示應(yīng)變的差數(shù)，稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。示應(yīng)變的差數(shù)，稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。 造成機(jī)械滯后的原因：敏感柵、基底和粘合劑再承受造成機(jī)械滯后的原因：敏感柵、基底和粘合劑再承受機(jī)械應(yīng)變后留下的殘余變形。機(jī)械應(yīng)變后留下的殘余變形。 蠕變（蠕變（ ）和零漂（）和零漂（P0） 對(duì)于已安裝在試件表面的應(yīng)變片，在恒溫恒載條件下，對(duì)于已安裝在試件表面的應(yīng)變片，在恒溫恒載條件下，指示應(yīng)變量隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。當(dāng)試件初始指示應(yīng)變量隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。當(dāng)試件初始空載時(shí)，應(yīng)變片指示仍會(huì)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為零漂。空載時(shí)，應(yīng)變片指示仍會(huì)隨時(shí)間變化

21、的現(xiàn)象稱為零漂。 蠕變和零漂是衡量應(yīng)變片時(shí)間穩(wěn)定性的指標(biāo)。蠕變和零漂是衡量應(yīng)變片時(shí)間穩(wěn)定性的指標(biāo)。 電阻式傳感器電阻式傳感器3.2 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路 電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成 R/R后，由于應(yīng)后，由于應(yīng)變量及其應(yīng)變電阻變化一般都很微小，既難以直接精確變量及其應(yīng)變電阻變化一般都很微小，既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用測量，又不便直接處理。因此，必須采用測量電路測量電路把應(yīng)把應(yīng)變片的變片的 R/R變化變化轉(zhuǎn)換成可用的轉(zhuǎn)換成可用的電壓電壓或或電流電流輸出。輸出。電阻式傳感器電阻式傳感器 直流電橋直流電橋R1R2R3R4BD

22、UoUiAC RLIoa. 電橋平衡條件電橋平衡條件3101234()iRRUURRRR當(dāng)電橋平衡時(shí)當(dāng)電橋平衡時(shí), Uo=0, 則有：則有：R1R4 = R2R3 欲使電橋平衡欲使電橋平衡, 其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等, 或相對(duì)兩或相對(duì)兩臂電阻的乘積相等，此時(shí)可使得流過負(fù)載電阻臂電阻的乘積相等，此時(shí)可使得流過負(fù)載電阻RL的電流為零。的電流為零。3124RRRR或或電阻式傳感器電阻式傳感器b. 電壓靈敏度電壓靈敏度R1R2R3R4BDUoUiAC RLIo以單臂電橋?yàn)槔詥伪垭姌驗(yàn)槔?當(dāng)當(dāng)R1產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí), 若應(yīng)變片若應(yīng)變片電阻變化為電阻變化為R1，其它橋臂固定

23、，其它橋臂固定不變，不變， 電橋輸出電壓電橋輸出電壓Uo0。電橋不平衡輸出電壓為電橋不平衡輸出電壓為:)(433211110RRRRRRRRUUi)1)(1 (3412111134RRRRRRRRRRUi 設(shè)橋臂比設(shè)橋臂比n=R2/R1，考慮，考慮到平衡條件到平衡條件R2/R1=R4/R3，且，且R1/R1很小可忽略。很小可忽略。電阻式傳感器電阻式傳感器電橋電壓靈敏度定義為：電橋電壓靈敏度定義為：因此，電橋不平衡輸出電壓為因此，電橋不平衡輸出電壓為:1120)1 (RRnnUUi2110)1 (nnURRUKi 電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度K正比于電橋供電電壓正比于電橋供電電壓Ui； 電橋電壓

24、靈敏度電橋電壓靈敏度K=K(n)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。電橋具有較高的電壓靈敏度。 當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí)時(shí), 電橋電壓靈敏度最高（電橋電壓靈敏度最高（n1）, 。4iUK c. 非線性誤差及其補(bǔ)償方法非線性誤差及其補(bǔ)償方法電阻式傳感器電阻式傳感器11011(1)(1) iRnRUURnnR理想值理想值實(shí)際值實(shí)際值1120)1 (RRnnUUi11110001RRnRRUUUL全等臂電橋全等臂電橋R1=R2=R3=R4, 則則11111122KKRRRRL 非線性誤差非線性誤差（n = R2/R1=R4/R3）電阻式傳感器電阻式

25、傳感器 差動(dòng)電橋法是利用電橋輸出特性差動(dòng)電橋法是利用電橋輸出特性中的中的相對(duì)臂與相鄰臂之相對(duì)臂與相鄰臂之“和和”、“差差”特征特征，通過應(yīng)變片的合理布片與接橋，通過應(yīng)變片的合理布片與接橋達(dá)到補(bǔ)償目的。達(dá)到補(bǔ)償目的。 若將電橋四臂接入四個(gè)若將電橋四臂接入四個(gè)應(yīng)變片應(yīng)變片, 即兩個(gè)受即兩個(gè)受拉應(yīng)變拉應(yīng)變， 兩個(gè)受兩個(gè)受壓應(yīng)變壓應(yīng)變, 將兩個(gè)應(yīng)變將兩個(gè)應(yīng)變符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂符號(hào)相同的接入相對(duì)橋臂上上, 構(gòu)成構(gòu)成全橋差動(dòng)電路全橋差動(dòng)電路。 補(bǔ)償方法補(bǔ)償方法 差動(dòng)電橋差動(dòng)電橋R2 R2R4+ R4abUoUiR1+ R1全橋差動(dòng)電路全橋差動(dòng)電路R3 R3電阻式傳感器電阻式傳感器 若若R1=R2=R3