自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課件7課件

第2章電阻式傳感器及其信號(hào)調(diào)理

電阻式傳感器的基本原理是依據(jù)某種物理、化學(xué)或生物效應(yīng)將某種非電量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路將電阻值的變化變成電信號(hào)輸出，從而完成非電量的電測(cè)量。電阻式傳感器的類型包括熱電阻、應(yīng)變片、熱敏電阻、濕敏電阻、光敏電阻、氣敏電阻等。目錄

2.1電阻應(yīng)變片

2.2其它電阻式傳感器2.3電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理2.1電阻應(yīng)變片2.1.1電阻應(yīng)變片的工作原理——應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片基于金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。對(duì)于橫截面均勻的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)，其電阻為

兩邊進(jìn)行微分運(yùn)算，求得其電阻相對(duì)變化應(yīng)變?cè)硌菔?/p>

圖2-1導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化軸向線應(yīng)變或縱向線應(yīng)變

面應(yīng)變

負(fù)號(hào)表示面應(yīng)變與線應(yīng)變成正比，但是變化方向相反。

實(shí)驗(yàn)證明，體應(yīng)變

金屬材料

綜合得2.1.2電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、種類1電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)如圖所示，由敏感柵(金屬絲或箔)、基底、覆蓋層、粘合劑、引出線等組成。圖2-2金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

2電阻應(yīng)變片的種類按敏感柵的結(jié)構(gòu)形式，金屬電阻應(yīng)變片可分為絲式、箔式、薄膜式等。圖2-3金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式

金屬絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)箔式應(yīng)變片的外形2.1.3電阻應(yīng)變片的主要特性1靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)為應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與試件主應(yīng)力方向的應(yīng)變之比。電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與單純的電阻絲的靈敏系數(shù)是不相同的,原因：(1)試件的形變是通過(guò)剪力傳到敏感柵上的。(2)柵絲沿長(zhǎng)度方向承受縱向應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角部分承受橫向應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直線部分電阻增加時(shí)，彎角部分的電阻值減少，也使應(yīng)變片的靈敏度下降。2橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)：沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變必然引起應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化。3機(jī)械滯后，零漂及蠕變應(yīng)變片安裝在試件上以后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在一定的溫度下，在零到某一指定應(yīng)變之間的應(yīng)變范圍內(nèi)，作出應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與試件機(jī)械應(yīng)變之間加載和卸載的特性曲線，二者并不重合，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。產(chǎn)生機(jī)械滯后的原因，主要是金屬絲、粘結(jié)劑和基底在承受機(jī)械應(yīng)變后都留有殘余變形。零漂：已粘貼的應(yīng)變片，在溫度保持恒定、試件上沒(méi)有應(yīng)變的情況下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸變化，此變化就是應(yīng)變片的零點(diǎn)漂移。蠕變：已粘貼的應(yīng)變片，在溫度保持恒定時(shí)，承受某一恒定機(jī)械應(yīng)變長(zhǎng)時(shí)間的作用，應(yīng)變片的指示應(yīng)變會(huì)隨時(shí)間而變化。在應(yīng)變片工作時(shí)，零漂和蠕變是同時(shí)存在的。在蠕變值中包含著同一時(shí)間內(nèi)的零漂值，這兩項(xiàng)指標(biāo)都是用來(lái)衡量應(yīng)變片特性對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)其意義突出。4溫度效應(yīng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起粘貼到試件上的電阻應(yīng)變片阻值的變化。從電信號(hào)方面看，似乎發(fā)生了應(yīng)變，即產(chǎn)生了虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。溫度改變引起電阻變化的主要因素有二：其一是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與試件材料的線膨脹系數(shù)不同。5應(yīng)變極限指當(dāng)溫度一定時(shí)，指示應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)差值不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變數(shù)值。一般規(guī)定此差值為10％，即指示應(yīng)變數(shù)值為真實(shí)應(yīng)變的90％時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值稱為應(yīng)變片的極限。6電阻應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性動(dòng)態(tài)應(yīng)變是以應(yīng)變波的形式在試件中傳播的，它的傳播速度V與聲波相同。圖2-4應(yīng)變波

2.1.4電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)應(yīng)變片的粘貼步驟如下：(1)應(yīng)變片的檢查與選擇。(2)試件的表面處理。(3)底層處理。(4)貼片。(5)固化。(6)粘貼質(zhì)量檢查。(7)引線焊接與組橋連線。

應(yīng)變片的粘貼：

1.去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。

2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過(guò)的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡。3.測(cè)量：從分開(kāi)的端子處，預(yù)先用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。

4.焊接：

將引線和端子用烙鐵焊接起來(lái)，注意不要把端子扯斷。

5.固定：焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。

2.1.5電阻應(yīng)變片的典型應(yīng)用舉例電阻應(yīng)變片主要有以下兩種應(yīng)用方式：1)被測(cè)量為應(yīng)變2)被測(cè)量為除應(yīng)變外的其他非電量力可以通過(guò)實(shí)心軸、空心軸、懸臂梁、雙端固支梁等結(jié)構(gòu)型式的敏感器轉(zhuǎn)換為應(yīng)變。如圖2-5所示為實(shí)心軸，通過(guò)材料力學(xué)知識(shí)的推導(dǎo)，可得軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變分別為

圖2-5實(shí)心軸力敏感器圖2-6所示為采用實(shí)心軸力敏感器的電阻應(yīng)變式力傳感器，是通過(guò)將應(yīng)變片粘貼到受力的實(shí)心軸力敏感器上而構(gòu)成的。

圖2-6應(yīng)變式力傳感器示意圖

【例2-1】一個(gè)=2.1（應(yīng)變靈敏度系數(shù)）的350應(yīng)變片被粘貼到鋁支柱（E=73GPa）上。支柱的外徑為50mm，內(nèi)徑為47.5mm。試計(jì)算當(dāng)支柱承受1000kg負(fù)荷時(shí)電阻的變化。

應(yīng)變式力傳感器

S型力傳感器

FFFF各種懸臂梁

各種懸臂梁

FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形

應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2R4應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）FF荷重傳感器原理演示貼在荷重傳感器表面的應(yīng)變片在向下力的作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。汽車衡測(cè)量裝貨量或判斷超載荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重

荷重傳感器（共3個(gè)，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個(gè)未拍出）底座墊塊電纜電子秤

磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一電子秤中的各類彈性元件

應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手

數(shù)顯扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺栓的裝配扭矩。量程2~500N·m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手（續(xù)）汽車子午線輪胎胎壓的測(cè)量子午線輪胎汽車胎壓傳感器的安裝電阻應(yīng)變儀（續(xù)）接線端子材料應(yīng)變的測(cè)量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試

材料應(yīng)變的測(cè)量（續(xù)）預(yù)應(yīng)力管樁的質(zhì)量檢驗(yàn)：工作人員正在貼應(yīng)變片

應(yīng)變片粘貼在管樁上，引出線應(yīng)良好固定目錄

2.1電阻應(yīng)變片

2.2其它電阻式傳感器2.3電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理2.2其它電阻式傳感器2.2.1壓阻式傳感器半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”。

設(shè)E為半導(dǎo)體材料的彈性模量

同樣，由電阻定律表達(dá)式可推出半導(dǎo)體材料壓阻效應(yīng)的定量表達(dá)式

對(duì)于半導(dǎo)體材料，因此依據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，制成兩類傳感器。一類是利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式應(yīng)變片，制作成半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器。另一類是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測(cè)量傳感元件，亦稱擴(kuò)散型壓阻式傳感器。壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：①靈敏度非常高，有時(shí)傳感器的輸出不需放大可直接用于測(cè)量；②分辨率高，測(cè)壓力時(shí)可測(cè)10Pa至20Pa的微壓；③元件有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；④可測(cè)量低頻加速度與直線加速度。壓阻式傳感器的最大缺點(diǎn)是溫度誤差較大。半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高；缺點(diǎn)是：靈敏度的一致性差、溫漂大、電阻與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。在使用時(shí)，需采用溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償措施。

2.2.2熱電阻利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做電阻式溫度傳感器，按采用的電阻材料可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。制作溫度敏感元件的電阻材料要滿足以下要求：①要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)；②電阻率大，以便在同樣靈敏度下減小元件尺寸；③電阻溫度系數(shù)要保持單值，并且最好是常數(shù)，以保證電阻隨溫度變化的線性關(guān)系；④性能要穩(wěn)定，在電阻的使用范圍內(nèi)，其物理、化學(xué)性能基本保持不變。廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。

1鉑熱電阻傳感特性鉑易于提純，復(fù)制性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定；但在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來(lái)的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并改變了它的電阻與溫度的關(guān)系。鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍是-200℃--850℃。鉑熱電阻已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,常用分度號(hào)為PT100當(dāng)溫度在-200℃--0℃范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度的關(guān)系為

當(dāng)溫度在0℃--850℃范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度的關(guān)系為

式中t—攝氏溫標(biāo)下的溫度值；Rt—t℃時(shí)的阻值；R0—0℃時(shí)的阻值；A—常數(shù)，B—常數(shù)，C—常數(shù)，2銅熱電阻傳感特性銅熱電阻的溫度系數(shù)比鉑熱電阻大，價(jià)格低，而且易于提純；但存在著電阻率小，機(jī)械強(qiáng)度差等弱點(diǎn)。銅熱電阻已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,常用分度號(hào)為ＣＵ５0銅熱電阻在-50℃—150℃的使用范圍內(nèi)，其電阻值與溫度的關(guān)系近似線性關(guān)系，可表示為式中Rt——溫度為t℃時(shí)的阻值；R0——溫度為0℃時(shí)的阻值；α——電阻溫度系數(shù)，圖2-9熱電阻的結(jié)構(gòu)

3熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體主要組成部分為電阻絲、引出線、骨架等。薄膜式及裝配式鉑熱電阻

小型鉑熱電阻

防爆型鉑熱電阻

堅(jiān)實(shí)的外殼起“隔爆”作用汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”1.Pt100在40℃時(shí)為多少歐？2.鉑熱電阻是否線性？2.2.3熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。1傳感特性熱敏電阻可分為負(fù)溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻、正溫度系數(shù)PTC型熱敏電阻、臨界溫度系數(shù)CTR型熱敏電阻三種。圖2-11熱敏電阻的傳感特性

取一只100W/220V燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484。

請(qǐng)說(shuō)明鎢絲的溫度系數(shù)的正負(fù)。

2伏安特性靜態(tài)情況下熱敏電阻上的端電壓與通過(guò)熱敏電阻的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。圖2-12熱敏電阻的伏安特性

3主要參數(shù)（1）標(biāo)稱電阻值RH（2）耗散系數(shù)（3）電阻溫度系數(shù)（4）熱容（5）能量靈敏度（6）時(shí)間常數(shù)（7）額定功率熱敏電阻有以下優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度高。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大，一般是金屬的十幾倍；②體積小、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？筛鶕?jù)不同要求，制成各種形狀；③化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械性能好，價(jià)格低廉，壽命長(zhǎng)。熱敏電阻的缺點(diǎn)是復(fù)現(xiàn)性和互換性差，非線性嚴(yán)重。圖2-13利用熱敏電阻測(cè)量流量

2.2.4氣敏電阻半導(dǎo)體氣敏電阻是用氧化鋅、氧化錫等金屬氧化物材料制作的敏感元件，利用其阻值的變化來(lái)檢測(cè)氣體的濃度。1基本結(jié)構(gòu)直熱式氣敏電阻元件制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、功耗小，可在較高回路電壓下使用，可制成價(jià)格低廉的可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器。

圖2-14直熱式氣敏電阻

2工作原理燒結(jié)型SnO2氣敏元件是表面電阻控制型氣敏元件。圖2-15半導(dǎo)體氣敏電阻的傳感特性示意圖圖TGSl09型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖

氣敏傳感器的應(yīng)用自動(dòng)通風(fēng)扇氣敏電阻放大電路加熱電源比較器電路觸發(fā)電路晶閘管電路排風(fēng)扇溫度補(bǔ)償喇叭聲光報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路閃光指示油煙(煤氣)圖8自動(dòng)通風(fēng)扇的原理框圖

1905年德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦用光量子學(xué)說(shuō)解釋了光電發(fā)射效應(yīng)，并為此而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2.2.5光敏電阻1傳感原理——內(nèi)光電效應(yīng)光敏電阻的阻值與其受到的光的照度有關(guān)。無(wú)光照時(shí)，光敏電阻阻值很高，有光照時(shí)，其阻值大大下降，光照越強(qiáng)其阻值越低；光照停止，又恢復(fù)高阻狀態(tài)。其依據(jù)是半導(dǎo)體材料所具有的光電導(dǎo)效應(yīng)。圖2-16內(nèi)光電效應(yīng)示意圖光敏電阻演示

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子-空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）光敏電阻

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，阻值減小。光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件2光敏電阻的種類(1)檢測(cè)紫外光的光敏電阻(2)檢測(cè)可見(jiàn)光的光敏電阻(3)檢測(cè)紅外光的光敏電阻3光敏電阻的基本特性(1)光譜特性光敏電阻的光譜特性是指光電流對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的相對(duì)靈敏度。圖2-17光敏電阻的光譜特性（2）光照特性光敏電阻的光照特性是指在一定的電壓下，光電流I與光照強(qiáng)度E的關(guān)系。圖2-18光敏電阻的光照特性(3)伏安特性光敏電阻的伏安特性是指在一定強(qiáng)度的光照下，光敏電阻的端電壓與光電流的關(guān)系。圖2-19光敏電阻的伏安特性（4)頻率特性頻率特性指光敏電阻上的光電流對(duì)入射光調(diào)制頻率的響應(yīng)特性。圖2-20光敏電阻的頻率特性

(5)溫度特性溫度特性指光敏電阻工作特性受溫度的影響。圖2-21光敏電阻的溫度特性

2.2.6磁敏電阻磁敏電阻的阻值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。圖2-22InSb磁敏電阻的基本結(jié)構(gòu)

圖2-23InSb磁敏電阻的特性曲線為提高磁敏電阻的阻值，往往采用曲折型結(jié)構(gòu)圖2-24曲折型結(jié)構(gòu)磁敏電阻磁敏電阻直接測(cè)量的非電量是磁感應(yīng)強(qiáng)度。若某種非電量能夠借助敏感元件轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度，則也可用磁敏電阻完成該非電量的檢測(cè)。例如，可采用磁敏電阻檢測(cè)位移、角度、電流、電功率等。目錄

2.1電阻應(yīng)變片

2.2其它電阻式傳感器2.3電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理2.3電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理2.3.1惠斯登電橋1直流電橋與交流電橋在人工靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量中可采用平衡電橋，通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)臂電阻的手動(dòng)調(diào)節(jié)，使電橋達(dá)到平衡，用調(diào)節(jié)臂電阻的阻值表示被測(cè)應(yīng)變值。電橋有直流電橋與交流電橋之分。2直流電橋時(shí)，稱為等臂電橋；，()時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋。，()時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋。電橋輸出電壓為電橋平衡條件為圖2-26單臂工作電橋圖2-27雙臂電橋圖2-28四壁電橋【例2-3】如將兩個(gè)120電阻應(yīng)變片平行地粘貼在鋼制試件上，試件負(fù)載截面積為，彈性模量E=200GN/m2，由50kN的拉力所引起的應(yīng)變片電阻變化為1.2。把它們接入惠斯登電橋中，電橋電源電壓為l.0V，求應(yīng)變片靈敏系數(shù)和電橋輸出電壓為多少?【例2-4】圖2-29利用運(yùn)算放大器對(duì)熱電阻進(jìn)行恒流源激勵(lì)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為輸出電壓信號(hào)，設(shè)傳感器分度號(hào)為Pt100，測(cè)量范圍為20℃~100℃，分辨率為0.1℃，測(cè)量環(huán)境為流速0.4m/s的水，耗散系數(shù)，參考電壓為5V，要求測(cè)量裝置的靈敏度為1mV/℃,計(jì)算電阻。3交流電橋交流電橋的一般形式如圖2-30所示。圖2-30交流電橋的一般形式

與分析直流電橋的分析方法、結(jié)論表達(dá)形式完全相同。同理也可推出交流供電的單臂、全橋時(shí)的表達(dá)式。交流電橋初始調(diào)平衡更為復(fù)雜些，一般既有電阻預(yù)調(diào)平衡，也有電容預(yù)調(diào)平衡。壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開(kāi)來(lái)。

壓阻式固態(tài)壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號(hào)處理電路p小型壓阻式固態(tài)差壓傳感器（續(xù)）可用于呼吸、透析和注射泵等設(shè)備p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管電纜引出小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管休息一下2.3.2測(cè)量放大電路1實(shí)際運(yùn)算放大電路分析目前集成運(yùn)算放大器在開(kāi)環(huán)增益和輸入電阻上大多可以接近理想運(yùn)算放大器。在一般放大電路的設(shè)計(jì)中采用虛短和虛斷的概念是允許的。對(duì)于交流放大電路，主要關(guān)心的是交流信號(hào)的幅值。多級(jí)放大電路的各級(jí)之間一般有隔直措施，此時(shí)主要關(guān)注的是電路的頻率特性。圖2-31輸入電流的影響分析理想運(yùn)算放大器兩輸入端的輸入電流為零，實(shí)際運(yùn)算放大器兩輸入端的輸入電流卻不可能為零。圖2-32改進(jìn)的反相和同相放大器圖2-33輸入失調(diào)電壓影響分析對(duì)差動(dòng)輸入放大器進(jìn)行討論。輸出電壓中存在一個(gè)數(shù)值為Zf／Z1(Ui+-Ui-)的項(xiàng)，該項(xiàng)正比于差分輸入信號(hào)，是差動(dòng)放大器期望的輸出結(jié)果。但是在輸出結(jié)果中還存在始終等于同相輸入U(xiǎn)i+的另一項(xiàng)，這使得輸出電壓與差分輸入電壓呈非線性關(guān)系。圖2-34為改進(jìn)的差動(dòng)放大電路。利用虛短和虛斷的概念，得到Uo的表達(dá)式為令Z2＝Z1，Z3=Zf

輸出與差分輸入之間的線性關(guān)系。圖2-34差動(dòng)放大器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)2測(cè)量放大電路的基本要求與類型基本要求：①輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；②穩(wěn)定的放大倍數(shù)；③低噪聲；④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率(無(wú)畸變地放大瞬態(tài)信號(hào))；⑥高共模輸入范圍(如達(dá)幾百伏)和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性度好、精度高；⑨成本低。按測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為差動(dòng)直接耦合式、調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類。3典型測(cè)量放大電路的工作原理當(dāng)傳感器的工作環(huán)境惡劣時(shí)，傳感器的輸出有各種噪聲，共模干擾很大，而傳感器的輸出信號(hào)弱、輸出阻抗大時(shí)，一般運(yùn)放已不能勝任，在這種情況下可用儀器放大器對(duì)差值信號(hào)進(jìn)行放大。儀器放大器輸入阻抗高，易于與各種信號(hào)源相匹配。它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂小，時(shí)間漂移小，因而穩(wěn)定性好。它的共模抑制比高，適于在高共模電壓的背景下對(duì)微小差值信號(hào)進(jìn)行放大。（1）儀器放大器的工作原理圖2.35是儀器放大器的原理圖。由運(yùn)算放大器A1和A2構(gòu)成第1級(jí)，由運(yùn)放A3構(gòu)成第Ⅱ級(jí)。各運(yùn)放一般是高性能放大器。圖2-35三運(yùn)放儀器放大器原理圖4單片集成測(cè)量放大器近年來(lái)，利用線性集成電路先進(jìn)工藝而設(shè)計(jì)制成的單片集成測(cè)量放大器。圖2-36AD612集成測(cè)量放大器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖2-37AD612集成測(cè)量放大器和測(cè)量電橋的接線圖圖2-38AD521R、S端的連接a)接有遠(yuǎn)距離負(fù)載b)輸出端接有跟隨器2.3.3多功能傳感信號(hào)調(diào)理電路AD693AD693是ADI公司推出的一種單片信號(hào)調(diào)理器，它具有高精度、多功能的特點(diǎn)。其用途十分廣泛，使用也非常靈活；可用做小信號(hào)U/I轉(zhuǎn)換器，還可作為各種傳感器(例如鉑熱電阻、熱電偶、電阻應(yīng)變片測(cè)量電橋)的信號(hào)調(diào)理器。AD693適用于傳感測(cè)試系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制及自動(dòng)化儀表領(lǐng)域。AD693的同類產(chǎn)品為AD694，AD694適合接收高電平輸入信號(hào)，但芯片內(nèi)部沒(méi)有備用放大器。1AD693的性能特點(diǎn)①內(nèi)含可編程輸入放大器、U/I轉(zhuǎn)換器和多路輸出式基準(zhǔn)電壓源。②輸出電流有三種形式：4mA－20mA(單極性)，0－20mA(單極性)，12mA±8mA(雙極性)。③輸入電壓范圍和電流零點(diǎn)均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響。用戶可根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)輸入電壓范圍。④高精度。⑤利用芯片中的備用放大器，可對(duì)由鉑熱電阻(PRTD)、各種熱電偶及電阻應(yīng)變片橋路所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(包括緩沖、放大、與其他信號(hào)進(jìn)行組合等)。⑥帶Ptl00型PRTD接口，配鉑熱電阻時(shí)的測(cè)溫誤差為±0.5℃。⑦利用外部電阻可選配不同類型的熱電偶并設(shè)定最高測(cè)量溫度。⑧具有過(guò)電流保護(hù)和反向過(guò)電壓保護(hù)功能