傳感器-應(yīng)變片2課件

第三章電阻應(yīng)變片傳感器一、定義及分類二、敏感元件

1、應(yīng)變效應(yīng)2、誤差因素三、測量電路1、直流電橋2、交流電橋四、思考題3.2電阻應(yīng)變片傳感器一、定義及分類二、敏感元件

1、應(yīng)變效應(yīng)2、誤差因素三、測量電路1、直流電橋2、交流電橋四、思考題電阻應(yīng)變片傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)制成的一種測量器件，由應(yīng)變片和測量電路兩部分組成。主要測量力、力矩、加速度等。常用的應(yīng)變片有兩大類：1.金屬電阻應(yīng)變片2.半導(dǎo)體應(yīng)變片定義及分類導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在被測量（如壓力）作用下，產(chǎn)生機(jī)械變形，其阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。電阻率很細(xì)的高電阻率的排成柵網(wǎng)狀的電阻絲粘貼在絕緣基片上。電阻絲的電阻：電阻絲長度橫截面積應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)沿長度方向（縱向）受力時(shí)，電阻變化量為：相對變化量：應(yīng)變效應(yīng)設(shè)電阻絲直徑為a，則：應(yīng)變效應(yīng)推導(dǎo)：將2、3兩式帶入1式中則可得：應(yīng)變靈敏系數(shù)應(yīng)變值電阻絲的電阻相對變化（電參數(shù)）與縱向應(yīng)變值（長度相對變化）（因受力導(dǎo)致）成正比。對于金屬電阻絲：對于固定電阻絲，k在測量范圍內(nèi)一定。應(yīng)變效應(yīng)由于一般較小，則3.2電阻應(yīng)變片傳感器一、定義及分類二、敏感元件

1、應(yīng)變效應(yīng)

2、誤差因素三、測量電路1、直流電橋2、交流電橋四、思考題誤差因素1）橫向效應(yīng)應(yīng)變片受力不但有縱向變形（如縱向伸長），而且有橫向變形（如橫向縮短）。二者總是方向相反，即橫向變形抵消縱向變形。結(jié)果使所測應(yīng)變值變小。彎曲半徑越大，橫向效應(yīng)越大。2）環(huán)境溫度溫度是造成應(yīng)變片測量誤差的首要因素（電阻值受溫度影響）。原因：1.電阻絲本身受溫度影響2.電阻絲與被測物材料因溫度影響膨脹系數(shù)不同引起的3.2電阻應(yīng)變片傳感器一、定義及分類二、敏感元件

1、應(yīng)變效應(yīng)2、誤差因素三、測量電路

1、直流電橋2、交流電橋四、思考題直流電橋VUR4R1R3R21.電橋平衡條件(使用初始條件)A、C兩點(diǎn)電勢相等時(shí)電橋平衡（Uo=0）2.各臂阻值的確定選一臂或多臂作測量臂，將應(yīng)變片引入電橋中。記為拉應(yīng)變或正應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變或負(fù)應(yīng)變單臂時(shí)：性能參數(shù)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電阻工作臂直流電橋3.單臂橋直流電橋只有一個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行測量視電阻的變化率為電橋輸入直流電橋引入了非線性直流電橋4.半橋（差動電橋）設(shè)R1、R2需位于相鄰臂上半橋靈敏度是單臂時(shí)的兩倍，且不引入非線性。直流電橋5.溫度補(bǔ)償讓補(bǔ)償片位于工作環(huán)境中溫度影響引起電阻值變化：由于溫度變化引起的輸出為：即溫度影響被補(bǔ)償。半橋、全橋溫度影響自然補(bǔ)償。直流電橋6.調(diào)平衡電路由于應(yīng)變值很小，若橋臂電阻初始值有誤差，則對輸出有較大的影響，所以必須補(bǔ)償。當(dāng)各橋臂電阻有差異時(shí)，能否用串聯(lián)小電阻的方法使電路平衡？由于有接觸電阻，所以串聯(lián)法不能用。選擇并聯(lián)法。直流電橋7.輸出等效電路將Ui短路，則由戴維南定理：則U與Uo成正比很大交流電橋由于應(yīng)變電橋的輸出電壓極小，則一般需加（高輸入阻抗）放大器。但直流放大器容易產(chǎn)生零漂，因此目前常用交流放大器。相應(yīng)地，電橋須用交流電源，所以稱之為交流電橋。交流電橋交流電橋的橋臂也是由應(yīng)變片和電阻組成，即為純電阻電橋。由于用交流法來研究，所以用1.平衡條件當(dāng)輸出開路時(shí)，電橋輸出電壓為：當(dāng)電橋平衡時(shí)，則平衡條件為或交流電橋由于電橋采用交流電源供電，則應(yīng)變片引線電纜的分布（寄生）電容對電橋工作產(chǎn)生影響。橋臂帶有一定的容抗性。工作臂實(shí)際為引線固定，電容為固定值電容C1與電阻R1為并聯(lián)關(guān)系。交流電橋阻抗或有效值類推可得，半橋：全橋：交流電橋3.調(diào)平衡電路以單臂或半橋時(shí)為例容抗調(diào)平衡電路電阻調(diào)平衡電路3.2電阻應(yīng)變片傳感器一、定義及分類二、敏感元件

1、應(yīng)變效應(yīng)2、誤差因素三、測量電路1、直流電橋2、交流電橋四、思考題思考題1.溫度是怎樣影響應(yīng)變片工作的？怎樣克服這種影響？假設(shè)溫度降低時(shí)，應(yīng)變電阻絲阻值也降低Rt，請解析說明溫度補(bǔ)償方法。2.用半橋工作時(shí)，相對于單臂工作有什么優(yōu)點(diǎn)？3.由于電橋輸出信號幅值較小，需引入電壓放大器以增加輸出信號幅值，那么此放大器應(yīng)具備什么特點(diǎn)？4.畫出當(dāng)使用的電橋?yàn)榻恢绷魅珮驎r(shí)的調(diào)平衡電路。5.采