傳感器第3章3ppt課件

1、第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.4.6 3.4.6 交流電橋交流電橋交流電橋采用了交流供電，這時(shí)，電橋的平衡條件、引線交流電橋采用了交流供電，這時(shí)，電橋的平衡條件、引線分布參數(shù)的影響、平衡調(diào)節(jié)、后續(xù)放大線路等許多方面的分布參數(shù)的影響、平衡調(diào)節(jié)、后續(xù)放大線路等許多方面的影響，與直流電橋有明顯的差別。影響，與直流電橋有明顯的差別。1.1.交流電橋的平衡條件交流電橋的平衡條件Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4為復(fù)阻抗，為復(fù)阻抗，U U為交流為交流電壓源電壓源 ，開路輸出電壓為，開路輸出電壓為U0U0，根，根據(jù)交流電路分析和直流電路類

2、似）據(jù)交流電路分析和直流電路類似）可得平衡條件為：可得平衡條件為：4231ZZZZ第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 設(shè)設(shè)(i=1,2,3,4)(i=1,2,3,4) iRiXiZi式中式中 , ,各橋臂電阻和電抗；各橋臂電阻和電抗；，各橋臂復(fù)阻抗的模和幅角各橋臂復(fù)阻抗的模和幅角 。因而，平衡條件必須同時(shí)滿足：因而，平衡條件必須同時(shí)滿足：42314321和zzzz42314321和zzzz 2442133142314231XRXRXRXRXXXXRRRR和或或2.2.交流電橋的輸出特性交流電橋的輸出特性ijiiiiezjXRZ4231zzzz第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感

3、器 1 1設(shè)交流電橋的初始狀態(tài)設(shè)交流電橋的初始狀態(tài)是平衡的，當(dāng)工作應(yīng)變是平衡的，當(dāng)工作應(yīng)變片片R1R1改變改變R1R1，引起，引起Z1Z1變化變化Z1Z1，可算出：，可算出： UZZZZZZZZZZU34111211340110UU第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 略去略去Z1/Z1Z1/Z1，并設(shè)初始時(shí)，并設(shè)初始時(shí)Z1Z1Z2Z2，Z3Z3Z4Z4，那么：，那么： 因?yàn)橐驗(yàn)?所以所以11111111,/CRjRZRCZ2111111111111)1 (1)(1CRjRCRjRCRRjRRZ1104 ZZUU0UU代入代入0U1111111211101141)1 ()1 (41RR

4、CRjUCRjRCRjRUU第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 當(dāng)當(dāng)時(shí)，上式變?yōu)闀r(shí)，上式變?yōu)?11CR11041RRUU可見，當(dāng)滿足可見，當(dāng)滿足時(shí)，交流電橋時(shí)，交流電橋的計(jì)算和直流電橋的計(jì)算和直流電橋基本一樣。同理可求得交流電橋的各種組橋輸出分別為：基本一樣。同理可求得交流電橋的各種組橋輸出分別為：111CR（1 1單臂工作輸出單臂工作輸出（2 2半橋差動(dòng)輸出半橋差動(dòng)輸出（3 3全橋輸出全橋輸出（4 4靈敏度關(guān)系靈敏度關(guān)系1104 ZZUU0UUZZUU210ZZUU0123vvvSSS第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 電橋的調(diào)平就是確保試件在未受載、無(wú)應(yīng)變的初始條件下，

5、電橋的調(diào)平就是確保試件在未受載、無(wú)應(yīng)變的初始條件下，應(yīng)變電橋滿足平衡條件應(yīng)變電橋滿足平衡條件( (初始輸出為零初始輸出為零) )。在實(shí)際的應(yīng)變測(cè)。在實(shí)際的應(yīng)變測(cè)量中，由于各橋臂應(yīng)變計(jì)的性能參數(shù)量中，由于各橋臂應(yīng)變計(jì)的性能參數(shù)不可能完全對(duì)稱，加之應(yīng)變計(jì)引出導(dǎo)不可能完全對(duì)稱，加之應(yīng)變計(jì)引出導(dǎo)線的分布電容如圖其容抗與供橋電線的分布電容如圖其容抗與供橋電源頻率有關(guān)），嚴(yán)重影響著交流電橋源頻率有關(guān)），嚴(yán)重影響著交流電橋的初始平衡和輸出特性。因此必須進(jìn)的初始平衡和輸出特性。因此必須進(jìn) 行預(yù)調(diào)平衡。行預(yù)調(diào)平衡。 2 2交流電橋的供橋電壓交流電橋的供橋電壓交流電橋一般采用正弦交流電供電，即：交流電橋一般采用正

6、弦交流電供電，即：tUUmsin3 3交流電橋的零位平衡調(diào)整交流電橋的零位平衡調(diào)整交流電橋一般采用正弦交流電供電，即：交流電橋一般采用正弦交流電供電，即：tUUmsin第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 圖圖交流電橋分布電容影響交流電橋分布電容影響由圖和式由圖和式 可見：可見：R1R3=R2R4和R3C2=R4C12442133142314231XRXRXRXRXXXXRRRR和對(duì)全等臂電橋，上式即為對(duì)全等臂電橋，上式即為R1=R2=R3=R4和和C1=C2上式表明：交流電橋平衡時(shí)，必須同時(shí)滿足電阻和電容平衡上式表明：交流電橋平衡時(shí)，必須同時(shí)滿足電阻和電容平衡兩個(gè)條件。為此，在橋路上

7、除設(shè)有電阻平衡調(diào)節(jié)外還設(shè)有電兩個(gè)條件。為此，在橋路上除設(shè)有電阻平衡調(diào)節(jié)外還設(shè)有電容平衡調(diào)節(jié)，即電阻調(diào)平法和電容調(diào)平法。容平衡調(diào)節(jié)，即電阻調(diào)平法和電容調(diào)平法。(1)(1)電阻調(diào)平法電阻調(diào)平法第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 串聯(lián)電阻法串聯(lián)電阻法 如圖如圖 (a)(a)所示，調(diào)節(jié)所示，調(diào)節(jié)R5R5， 相當(dāng)于改變并聯(lián)在相當(dāng)于改變并聯(lián)在R3R3和和R4R4橋臂上的電阻橋臂上的電阻 的大小，以實(shí)現(xiàn)電橋平衡。的大小，以實(shí)現(xiàn)電橋平衡。 并聯(lián)電阻法并聯(lián)電阻法如圖如圖(b)所示。所示。多圈電位器多圈電位器R5R5對(duì)應(yīng)于電阻應(yīng)變儀面板上對(duì)應(yīng)于電阻應(yīng)變儀面板上的的“電阻平衡旋扭。調(diào)節(jié)電阻平衡旋扭。調(diào)節(jié)R

8、5R5即可改變橋即可改變橋臂臂ADAD和和CDCD的阻值比，使電橋滿足平衡條的阻值比，使電橋滿足平衡條件。件。 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 其可調(diào)平衡范圍取決于其可調(diào)平衡范圍取決于R6R6的值：的值：R6R6愈小，可調(diào)范圍愈大，愈小，可調(diào)范圍愈大，但測(cè)量誤差也愈大。因而，要在保證精度的前提下選得小但測(cè)量誤差也愈大。因而，要在保證精度的前提下選得小些。些。R5R5可采用可采用R6R6相同的阻值。相同的阻值。R6R6可按下式確定：可按下式確定： max331136RrRrRR(2)(2)電容調(diào)平法電容調(diào)平法差動(dòng)電容法差動(dòng)電容法如圖如圖(a)所示。所示。C3和和C4為同軸差動(dòng)電容；

9、調(diào)節(jié)時(shí)，兩電為同軸差動(dòng)電容；調(diào)節(jié)時(shí)，兩電容變化大小相等，極性相反，以此容變化大小相等，極性相反，以此調(diào)整電容平衡。調(diào)整電容平衡。式中式中r1r1和和r3r3分別為橋臂分別為橋臂R1R1與與R2R2和和R3R3與與R4R4的偏差。的偏差。 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 阻容調(diào)平法阻容調(diào)平法如圖如圖(b)。它靠接入。它靠接入T形形RC阻容電路起到電容預(yù)調(diào)平的阻容電路起到電容預(yù)調(diào)平的作用。作用。必須注意：在同時(shí)具有電阻、電容調(diào)平必須注意：在同時(shí)具有電阻、電容調(diào)平裝置進(jìn)行阻抗調(diào)平的過(guò)程中，兩者應(yīng)不裝置進(jìn)行阻抗調(diào)平的過(guò)程中，兩者應(yīng)不斷交替調(diào)整才能取得理想的平衡結(jié)果。斷交替調(diào)整才能取得理想

10、的平衡結(jié)果。3.5 3.5 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償（一用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，希望其電阻只隨應(yīng)變而變，而不（一用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，希望其電阻只隨應(yīng)變而變，而不受其它因素的影響。但實(shí)際上環(huán)境溫度變化時(shí)，也會(huì)引起受其它因素的影響。但實(shí)際上環(huán)境溫度變化時(shí)，也會(huì)引起電阻的相對(duì)變化，從而產(chǎn)生溫度誤差。電阻的相對(duì)變化，從而產(chǎn)生溫度誤差。第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 產(chǎn)生溫度誤差有兩種原因：產(chǎn)生溫度誤差有兩種原因：（1應(yīng)變電阻絲的電阻隨溫度變化引起電阻變化。應(yīng)變電阻絲的電阻隨溫度變化引起電阻變化。（2電阻絲材料與被測(cè)材料的溫度系數(shù)不同引起的附加電阻絲材料與被測(cè)材料的溫度

11、系數(shù)不同引起的附加電阻變化。電阻變化。 電阻絲溫度系數(shù)電阻絲溫度系數(shù) 引起電阻變化引起電阻變化 設(shè)：設(shè)：R0R0為溫度為溫度t0t0時(shí)的電阻；時(shí)的電阻；RtRt為溫度為為溫度為t t時(shí)的電阻；時(shí)的電阻； 為為應(yīng)應(yīng) 變絲的電阻溫度系數(shù)。于是變絲的電阻溫度系數(shù)。于是 時(shí)的電阻值為：時(shí)的電阻值為： 因?yàn)橐驗(yàn)?tt0ttt00000)(tRRtRRRRRtttstRRts0即）000ttt (tRRR第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 2. 2. 被測(cè)體與應(yīng)變絲的溫度系數(shù)不同引起附加電阻變換量被測(cè)體與應(yīng)變絲的溫度系數(shù)不同引起附加電阻變換量設(shè)設(shè) 為溫度為為溫度為t0t0時(shí)應(yīng)變絲及被測(cè)體時(shí)應(yīng)變絲

12、及被測(cè)體原長(zhǎng)；原長(zhǎng)； 為溫度為為溫度為t t時(shí)應(yīng)變絲長(zhǎng)；時(shí)應(yīng)變絲長(zhǎng)； 為應(yīng)變絲線溫度系數(shù)。則當(dāng)為應(yīng)變絲線溫度系數(shù)。則當(dāng) 時(shí)，應(yīng)變絲長(zhǎng)度變化量為：時(shí)，應(yīng)變絲長(zhǎng)度變化量為：0lgtlg0ttttllllggtg00etl設(shè)設(shè) 為溫度為為溫度為t0t0時(shí)被測(cè)體原長(zhǎng)；時(shí)被測(cè)體原長(zhǎng)； 為溫度為為溫度為t t時(shí)被測(cè)體長(zhǎng)度；時(shí)被測(cè)體長(zhǎng)度； 為被測(cè)體線溫度系數(shù)。則當(dāng)為被測(cè)體線溫度系數(shù)。則當(dāng) 時(shí)，被測(cè)體長(zhǎng)度變化量時(shí)，被測(cè)體長(zhǎng)度變化量為：為：0le0ttttlllleete00第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 因?yàn)橐驗(yàn)?，所以，所以，即造成長(zhǎng)度誤差為，即造成長(zhǎng)度誤差為egeglleggeeggegege

13、egtlltltltllll)()(0000電阻變化為電阻變化為tKKRRgeegeg)(0溫度引起總電阻變化為溫度引起總電阻變化為tKtRRRRRRgetegst)()(000第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 結(jié)論：應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：結(jié)論：應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時(shí)，這種熱輸出干擾必失配所引起。在工作溫度變化較大時(shí)，這種熱輸出干擾必須加以補(bǔ)償。須加以補(bǔ)償。（二溫度誤差的補(bǔ)償（二溫度誤差的補(bǔ)償常采用溫度自補(bǔ)償法和橋路

14、補(bǔ)償法。常采用溫度自補(bǔ)償法和橋路補(bǔ)償法。1.1.溫度自補(bǔ)償法溫度自補(bǔ)償法 這種方法是通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱這種方法是通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償?shù)?。輸出補(bǔ)償?shù)摹?第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 (1)(1)單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì) 因?yàn)橐驗(yàn)?補(bǔ)償?shù)哪垦a(bǔ)償?shù)哪康木褪鞘沟木褪鞘?，即，即tKtRRRRRRgetegst)()(0000)(0tRR0)(tKtget所以：所以：)(getK可知：（可知：（1選擇合適的參數(shù)就可以使等式成立，就能使選擇合適的參數(shù)就可以使等式成立，就能使電阻變化為電阻變化為0，消除了溫度的影響。，消除了溫度的影響

15、。（2此方法主要是設(shè)計(jì)時(shí)使用。此方法主要是設(shè)計(jì)時(shí)使用。(2)(2)雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì) 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵是由電阻溫度系數(shù)為一正一負(fù)的兩種這種應(yīng)變計(jì)的敏感柵是由電阻溫度系數(shù)為一正一負(fù)的兩種合金絲串接而成，如下圖。應(yīng)變計(jì)電阻合金絲串接而成，如下圖。應(yīng)變計(jì)電阻R R由兩部分電阻由兩部分電阻RaRa和和RbRb組成，即組成，即R=Ra+RbR=Ra+Rb。當(dāng)工作溫度變化時(shí)，若。當(dāng)工作溫度變化時(shí)，若RaRa柵產(chǎn)柵產(chǎn)生正的熱輸出生正的熱輸出aa與與RbRb柵產(chǎn)生負(fù)的熱輸出柵產(chǎn)生負(fù)的熱輸出bb，能大小相等，能大小相等或相近，就可達(dá)到自補(bǔ)償?shù)哪康?，?/p>

16、或相近，就可達(dá)到自補(bǔ)償?shù)哪康?，? : abbbaabaRRRRRR第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 2.2.差動(dòng)電橋補(bǔ)償法差動(dòng)電橋補(bǔ)償法差動(dòng)電橋補(bǔ)償法是利用電橋的和、差原理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。差?dòng)電橋補(bǔ)償法是利用電橋的和、差原理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?工作片：工作片：補(bǔ)償片：補(bǔ)償片：tRKRRR001tRKRRR002)1 (2)22(22)(2)()()(2)21(220000000000021212112112110RRKURRKRUKRRRKRRRKRRRKRRRURRRRURRRUURRURRURRRURUtttttt當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)tRR020KUU 第第 3 3 章章 電阻式傳感器

17、電阻式傳感器 3. 3. 熱敏電阻補(bǔ)償熱敏電阻補(bǔ)償 如圖熱敏電阻如圖熱敏電阻RtRt與應(yīng)變片與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻RtRt的阻的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出電壓。選而增加，從而提高電橋的輸出電壓。選擇分流電阻擇分流電阻R5R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對(duì)電橋輸出的影響得到很好的補(bǔ)度下降對(duì)電橋輸出的影響得到很好的補(bǔ)償。償。第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.6 3.6 應(yīng)變式傳感器的

18、應(yīng)用舉例應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用舉例3.6.1 3.6.1 應(yīng)變式傳感器的原理及特點(diǎn)應(yīng)變式傳感器的原理及特點(diǎn) 非電量：力、力矩、壓力、扭矩、應(yīng)力、位移、速度、非電量：力、力矩、壓力、扭矩、應(yīng)力、位移、速度、加速度、荷重、振動(dòng)、生物動(dòng)力參數(shù)。加速度、荷重、振動(dòng)、生物動(dòng)力參數(shù)。第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 應(yīng)變計(jì)式傳感器有如下應(yīng)用特點(diǎn)：應(yīng)變計(jì)式傳感器有如下應(yīng)用特點(diǎn)：(1)應(yīng)用和測(cè)量范圍廣。用應(yīng)變計(jì)可制成各種機(jī)械量傳感應(yīng)用和測(cè)量范圍廣。用應(yīng)變計(jì)可制成各種機(jī)械量傳感器，如測(cè)力傳感器可測(cè)器，如測(cè)力傳感器可測(cè)10107N，壓力傳感器可測(cè)，壓力傳感器可測(cè)101106Pa，加速度傳感器可測(cè)到，加速度

19、傳感器可測(cè)到103級(jí)級(jí)m/s2。(2)分辨力分辨力(1)和靈敏度高，尤其是用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，和靈敏度高，尤其是用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，靈敏度可達(dá)幾十靈敏度可達(dá)幾十mV/V；精度較高；精度較高(一般達(dá)一般達(dá)1%3%F.S.，高，高精度達(dá)精度達(dá)0.1%0.01%F.S.)。(3)結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小；對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響?。粚?duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)施對(duì)環(huán)境干擾的隔離或補(bǔ)償，從而可以在高低溫、易于實(shí)施對(duì)環(huán)境干擾的隔離或補(bǔ)償，從而可以在高低溫、高壓、高速、強(qiáng)磁場(chǎng)、核幅射等特殊環(huán)境中使用；頻率高壓、高速、強(qiáng)磁場(chǎng)、核幅射等特殊環(huán)境中使用；頻率響應(yīng)好。響應(yīng)好。(4)商品化，選用和使用都方便

20、，也便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)商品化，選用和使用都方便，也便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動(dòng)化測(cè)量?；瘻y(cè)量。第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.6.2 3.6.2 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器1. 1. 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器一般框圖電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器一般框圖3. 3. 各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)2. 2. 柱軸式應(yīng)變傳感器組成框圖及各環(huán)節(jié)的作用柱軸式應(yīng)變傳感器組成框圖及各環(huán)節(jié)的作用第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 1 1） 柱式彈性元件傳遞函數(shù)柱式彈性元件傳遞函數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為EAFEAFsH1)(12 2） 應(yīng)變片的傳遞函數(shù)應(yīng)變片的傳遞

21、函數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為KRRKRRsH)(23 3） 電橋的傳遞函數(shù)取第一類對(duì)稱電橋）電橋的傳遞函數(shù)取第一類對(duì)稱電橋）因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為2)(03URRUsH021URRU4. 4. 柱柱( (軸軸) )式應(yīng)變力傳感器傳遞函數(shù)框圖式應(yīng)變力傳感器傳遞函數(shù)框圖第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 5. 5. 柱柱( (軸軸) )式應(yīng)變力傳感器工作原理式式應(yīng)變力傳感器工作原理式工作原理式為工作原理式為oUKEAU211當(dāng)確定參數(shù)后有當(dāng)確定參數(shù)后有 為常數(shù)，所以為常數(shù)，所以 （作用力）（線性函數(shù)）。（作用力）（線性函數(shù)）。kEAKUo2FU

22、F=100*103N K=2mm/V第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.6.3 3.6.3 電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變式壓力傳感器1. 1. 組成框圖及各環(huán)節(jié)的作用組成框圖及各環(huán)節(jié)的作用第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 2. 2. 各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)1 1） 平膜片的傳遞函數(shù)平膜片的傳遞函數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為prrEht)ln()1 (478. 0022)ln()1 (478. 0)(0221rrEhpsH2 2） 應(yīng)變片的傳遞函數(shù)應(yīng)變

23、片的傳遞函數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為tKRRKRRsH)(2第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3 3） 半橋差動(dòng)電橋的傳遞函數(shù)半橋差動(dòng)電橋的傳遞函數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)?, ,所以傳遞函數(shù)為所以傳遞函數(shù)為2)(03URRUsH021URRU3. 3. 應(yīng)變式壓力傳感器傳遞函數(shù)框圖應(yīng)變式壓力傳感器傳遞函數(shù)框圖4.工作原理式工作原理式pUSrrEhUo)ln()1 (478. 0(210022當(dāng)確定參數(shù)后有當(dāng)確定參數(shù)后有（線性函數(shù)）。（線性函數(shù)）。pU 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 各種平行雙孔梁各種平行雙孔梁第第

24、3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.6.4 3.6.4 電阻應(yīng)變式位移傳感器電阻應(yīng)變式位移傳感器應(yīng)變式位移傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形應(yīng)變式位移傳感器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形和應(yīng)變，然后通過(guò)應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變電橋，輸出正比于被測(cè)位和應(yīng)變，然后通過(guò)應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變電橋，輸出正比于被測(cè)位移的電量。它可用來(lái)近測(cè)或遠(yuǎn)測(cè)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的位移量。因移的電量。它可用來(lái)近測(cè)或遠(yuǎn)測(cè)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的位移量。因此，既要求彈性元件剛度小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響反力小，此，既要求彈性元件剛度小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響反力小，又要求系統(tǒng)的固有頻率高，動(dòng)態(tài)頻響特性好。又要求系統(tǒng)

25、的固有頻率高，動(dòng)態(tài)頻響特性好。圖為國(guó)產(chǎn)圖為國(guó)產(chǎn)YWYW系列應(yīng)變式位移傳感器結(jié)構(gòu)。這種傳感器由于采系列應(yīng)變式位移傳感器結(jié)構(gòu)。這種傳感器由于采用了懸臂梁用了懸臂梁- -螺旋彈簧串聯(lián)的組合結(jié)構(gòu)，因此它適用于較大位螺旋彈簧串聯(lián)的組合結(jié)構(gòu)，因此它適用于較大位移移( (量程量程1010100mm)100mm)的測(cè)量。其工作原理如圖的測(cè)量。其工作原理如圖) )所示所示 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 1測(cè)量頭；測(cè)量頭；2彈性元件；彈性元件；3彈簧；彈簧；4外殼；外殼；5測(cè)量桿；測(cè)量桿；6調(diào)整螺母；調(diào)整螺母；7應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì)第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 由于測(cè)量桿位移由于測(cè)量桿位移

26、d d為懸臂梁端部位移量為懸臂梁端部位移量d1d1和螺旋彈簧伸長(zhǎng)和螺旋彈簧伸長(zhǎng)量量d2d2之和。由材料力學(xué)可知，位移量與貼片處應(yīng)變之和。由材料力學(xué)可知，位移量與貼片處應(yīng)變之間之間的關(guān)系為：的關(guān)系為： Kddd21上式表明：d和成線性關(guān)系，其比例系數(shù)K與彈性元件尺寸、材料特性參數(shù)有關(guān)；通過(guò)4片應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變儀測(cè)得。3.6.5 3.6.5 電阻應(yīng)變式加速度傳感器電阻應(yīng)變式加速度傳感器1. 1. 電阻應(yīng)變式加速度傳感器測(cè)量原理電阻應(yīng)變式加速度傳感器測(cè)量原理第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 2. 2. 測(cè)量加速度的原理框圖測(cè)量加速度的原理框圖3. 3. 工作原理式工作原理式二階傳感器微分方程

27、二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)令令得出得出20222dtxdmKxdtdxCdtxdmtttKCsmsmssxsxsHt220)()()(mKCmK202002202)()(ssssxsxt第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 當(dāng)被測(cè)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，即當(dāng)被測(cè)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，即txxomsin0200220)(2)()()(jjjjxxt幅頻特性為幅頻特性為：相頻特性為：相頻特性為：令：令：)(1)(2)()(4)(1)()(202020222020arctgA202220)(4)(11M第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 200202aMxMxt當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，M1,那么

28、那么1020axt若采用等強(qiáng)度梁作彈性元件，即若采用等強(qiáng)度梁作彈性元件，即xt為梁的撓度，即為梁的撓度，即EbhFlxt336代入得代入得hlEbhFlxat2203320206當(dāng)確定參數(shù)當(dāng)確定參數(shù)后有后有（線性函數(shù)）。（線性函數(shù)）。ahl2204. 4. 系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 工作原理式為工作原理式為 alUmhSaUSlhmU22000220022當(dāng)確定參數(shù)當(dāng)確定參數(shù)后有后有（線性函數(shù)）。（線性函數(shù)）。klUmhS22002aU 05.5.標(biāo)度變換標(biāo)度變換 002202UUmhSla第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.

29、7 3.7 固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)為理論基固態(tài)壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)為理論基礎(chǔ)工作的，它是在半導(dǎo)體材料上擴(kuò)散電阻制成的。礎(chǔ)工作的，它是在半導(dǎo)體材料上擴(kuò)散電阻制成的。3.7.1 3.7.1 壓阻式傳感器的工作原理壓阻式傳感器的工作原理 壓阻式傳感器的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，壓阻式傳感器的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，即：半導(dǎo)體材料單一方向受力拉或壓時(shí)，其電阻率即：半導(dǎo)體材料單一方向受力拉或壓時(shí)，其電阻率相對(duì)變化與所受應(yīng)力成正比的現(xiàn)象。相對(duì)變化與所受應(yīng)力成正比的現(xiàn)象。固態(tài)壓阻式傳感器主要用于測(cè)量壓力和加速度，其輸

30、出固態(tài)壓阻式傳感器主要用于測(cè)量壓力和加速度，其輸出是模擬信號(hào)，可以為頻率信號(hào)。是模擬信號(hào)，可以為頻率信號(hào)。 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng) P P 高壓腔高壓腔空氣空氣硅膜片硅膜片低壓腔低壓腔硅杯硅杯3.7.2 3.7.2 壓阻式壓力傳感器的工作原理壓阻式壓力傳感器的工作原理 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 3.7.3 3.7.3 壓阻式加速度傳感器的工作原理壓阻式加速度傳感器的工作原理 第第 3 3 章章 電阻式傳感器電阻式傳感器 各種電子秤各種電子秤廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于高高 精精 度度 電電 子子 汽汽 車車 衡衡 動(dòng)態(tài)電子秤動(dòng)態(tài)電子秤電子天平電子天平機(jī)械秤包裝機(jī)機(jī)械秤包裝機(jī)吊秤吊秤上海盧浦大橋通車應(yīng)變?cè)囼?yàn)上海盧浦大橋通