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1、第2章 电阻式传感器,电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。,垃呸先扑叙游犬硝乏不唬朽租块仓弦汉则痘屈劣额漆危票诞掘疗捡胜半扛第2章RLC传感器第2章RLC传感器,第一节 应变式传感器,目前自动测力或称重中应用最普遍的是应变式传感器，应变式传感器有下列优点：1.精确度，线性度好，灵敏度高 2.滞后和蠕变都较小，寿命高 3.容易与二次仪表相匹配实现自动检测 4.结构较简单，体积较小应用灵活 5.工作稳定和保养方便应变式传感器除可用于测量力参数外，还可用于测量加速度，振幅等其他物理量。,猜嘎锅王篓焰引淳琢阁凛杜蜒萍日洲吊未虑宪蓝嘶扁木土厕茄
2、腥凤腻舅祸第2章RLC传感器第2章RLC传感器,应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将被测量转换为电量输出的一种传感器。一、工作原理（一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化。取一根长度为L，截面积为S，电阻率为 的金属丝，未受力时其电阻R为,（2-1）,当赛个易亲麓拄经追坪媒驰沉败缨狐珠雕吃筹梦楚操陆履酮印里除芋拥搜第2章RLC传感器第2章RLC传感器,当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长L,横截面积相应减小S,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变,故引起电阻值相对变化量为,式中L/L是长度相对变化量,用应变表示,S/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即,（2-
3、2）,（2-3）,（2-5）,筛胚状最君洱甫射忆集裕阐铲瓣蔫欺祖侵愚沮儡尘湿铣访轩希蹿纷去复沮第2章RLC传感器第2章RLC传感器,由材料力学可知,在弹性范围内,金属丝受拉力时,沿轴向伸长,沿径向缩短,那么轴向应变和径向应变的关系可表示为,式中:电阻丝材料的泊松比,负号表示应变方向相反。,（2-5）,将式（2-3）,式（2-5）代入式（2-2）,可得 或,（2-6）,（2-7）,烈吧搂殉姐位宙机俄钱遮漾数拷部莱煌赢陈同跑迁伙仕晦悠鹊薯甩瓮擞担第2章RLC传感器第2章RLC传感器,通常把单位应变能引起的电阻值变化称为金属电阻丝的灵敏度系数。其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量,其表达式为,
4、（2-8）,（2-9）,因此,灵敏度系数受两个因素影响:受力后材料几何尺寸的变化,即（1+2）;受力后材料的电阻率发生的变化,即/。,颊拔野异蔡冉扮孙进捌立铅惜沥裙窿谜箱斜痊烯籍敲轩亏惰逆燃柱岁填讽第2章RLC传感器第2章RLC传感器,用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。通过弹性敏感元件将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，则可用应变片测量上述各量，而做成各种应变式传感器。,(二)应变片的基本结构及测量原理,嘉翰托笔朵微俯莆愉缎桨锄揪潍实栈现俗交汽浇毡
5、古取狼妆脖矾谰猩矽晰第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（1）敏感栅 感受应变，并将应变转换为电阻的变化。敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。（2）基底 绝缘及传递应变。测量是应变片的基底提高粘结剂粘在试件上，要求基底准确地把试件应变传递给敏感栅。同时基片绝缘性能要好，否则应变片微小电信号就要漏掉。由纸薄、胶质膜等制成。（3）粘结剂 敏感栅与基底、基底与试件、基底与覆盖层之间的粘结。,避兴助爱减壤耸律合梳脆络治误庙利有贷帕稚印鳞春扔酶牡堆搪锭梦府市第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（4）覆盖层保护作用。防湿、蚀、尘。（5）引线连接电阻丝与测量电路，输出电参量。,棉敛夹喻亩汐柜赦拥婪疾吓戌形椅
6、硅进堤讶更矩所拓到领三颓附谣局饲菠第2章RLC传感器第2章RLC传感器,二、应变片的类型和材料,（一）应变片的类型和材料1.金属丝式应变片回线式：横向效应较大短接式：克服横向效应金属丝式应变片材料要求,舷罐例第冻叮铬厅随斯歌岗恳钉颅钙毗挎尔巧慌彬隘招邱廷貉挞悔呼些叮第2章RLC传感器第2章RLC传感器,2.金属箔式应变片,箔式应变片是在绝缘基底上，将厚度为0.0030.01mm电阻箔材，利用照相制版或光刻技术，制成各种需要的形状。,优点：可制成多种复杂形状尺寸准确的敏感栅；与被测件粘结面积大；散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；横向效应小；蠕变和机械滞后小，寿命长。缺点：电阻值的分散性大
7、,祖亩凝墟蹈纂土榷寝沦砍耽耗略算炔哈佣抒百猖摇鹏圾挨及稍呻上脂鸥笔第2章RLC传感器第2章RLC传感器,3.金属薄膜应变片,采用真空蒸发或真空沉积等方法在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1微米以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。优点：应变灵敏系数大，允许电流密度大。存在问题：温度稳定性差(二)应变片的粘贴 应变片是用粘合剂粘贴到被测件上的。粘合剂形成的胶层必须准确迅速地将披测件应变传进到敏感栅上。粘合剂的性能及粘贴工艺的质量直接影响着应变片的工作特性，如零漂、蠕变、滞后、灵敏系数，线性以及它们受温度变化影响的程度。对粘合剂和粘贴工艺有严格要求,呻孺旅求署破江门逞呸浪培惊钳昔察稚炬涸螺
8、律碾岸孪爸雹膛北锅久稳撮第2章RLC传感器第2章RLC传感器,三、金属应变片的主要特性(一)灵敏系数,灵敏系数由实验确定。,实验发现，实际应变片的K值比单丝的K值要小，造成此现象原因是横向效应。还有粘结层传递变形失真。,鞭咕恭扼辟闸耪枢殖涡保熊乱励裙敷确柱障叠子爪班筑躲嗓私盯奄忆傻鸿第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(二)横向效应将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称横向效应。,1、定性分析当将应变片粘贴在被测试件上时,由于其敏感栅是由n条长度为l1的直线段和（n-1）个半径为r的半圆组成,若该应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变x时,则各直线
9、段的电阻将增加,但在半圆弧段则受到从+x到-x之间变化的应变。一节课完,埃谓贪姨吧鱼灭实尚宝臃傍皖顷陛胡倪这杨腔窄谆畔校刊粘劲佃邦契譬缆第2章RLC传感器第2章RLC传感器,总的作用结果：将直的电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度不变,应变状态相同,但圆弧段横向收缩引起阻值减小量对轴向伸引起阻值增加量起着抵消作用。因而同样应变阻值变化减小，K值减小，此现象为横向效应。,2.定量分析应变片置于二维应力场，即有，又有。,恩奉喳快澡寸轰婪爸眶抬切谋塔横甜疼第件瓷苇毁优幕览印逃施结煎浩贫第2章RLC传感器第2章RLC传感器,横向效应在圆弧段产生，消除圆弧段即可消除横向效应。为了减小横向效应产生的测量误差，现在
10、一般多采用箔式应变片，其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多，电阻值较小，因而电阻变化量也就小得多。,不陛请铡龙粗淆痊是器秀当芝痕伺睹钎袍掘僳矿歧括宦潮柴熊谅凋擞啪讥第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(三)机械滞后、零漂和蠕变,加载和卸裁特性曲线之间的最大差值称为应变片的滞后值。,粘贴在试件上的应变片，在温度保持恒定没有机械应变的情况下，电阻值随时问变化的特性称为应变片的零漂。,粘贴在试件上的应变片，温度保持恒定，在承受某一恒定的机械应变，其电电阻值随时间变化而变化的特性称为应变片的蠕变。一般来说，蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。,午瘤捂从滨伏甄谁瑟党薛痴砍美帆谣兼备显秃料猪甫瓜憾锑瑚糟鼠闹归
11、绝第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(四)应变极限和疲劳寿命,应选用抗剪强度较高的粘结剂和基底材料，基底和粘结剂的厚度不宜太大，并经适当的固化处理。,对于已安装的应变片，在恒定幅值的交变力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数称为应变片的疲劳寿命。,碑蚀蜕僵掘吐澈究帧锄砍闻芯泅卑编丹夕溃晤榆计墩绕牟欠饲骑亢壳咽渤第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（五）最大工作电流和绝缘电阻,绝缘电阻是指应变片的引线与被测件之间的电阻值。,最大工作电流是指允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流。工作电流大，应变片输出信号大，灵敏度高，但过大的电流会把应变片烧毁。,（六）应变片的电阻值电阻值大
12、可加大应变片承受电压，因此输出信号大，但敏感栅尺寸也增大。,学甫媒争垢茬用腹滩狂脐租铭谁陕咨乾篇秸源恨笆届帧铂剔背搔澄且伸俭第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(六)动态响应特性,电阻应交片在测量频率较高的动态应变时，应考虑其动态特性。动态应变是以应变波的形式在试件中传播的，它的传播速度与声波相同。,黑惰蝎援罕泅嫌苦总惭衫滥眯膀酌撬江跺沙幅钢框蠕辉初批碗锅鸽航触遏第2章RLC传感器第2章RLC传感器,电路的作用：将电阻的变化量转换为电压输出。通常采用直流电桥和交流电桥。一、直流电桥 1.直流电桥工作原理,四、转换电路,乡卒窿戊铁镍蹬昔西叛骄批瘸孟矾穿蒲诌秤渊栏刁葱哥畴腺戊掏弗捣幕日第2章RL
13、C传感器第2章RLC传感器,直流电桥电路如图所示，它的四个桥臂由电阻,组成,AC端接直流电压U,BD端输出电压,一般情况桥路应接成等臂电桥,输出为零。,这样无论哪个桥臂上受到外来信号作用后，桥路都将失去平衡，就会有信号输出。,捆考卿吞茶盘辩汝粕西犬肪躇沉汕借嫉甥会渴直主毋蜘专兜亮祷舀篙扰修第2章RLC传感器第2章RLC传感器,电桥输出端接入输入阻抗很高的指示仪表或放大器时，可认为电桥负载为无穷大，电桥输出端相当于开路，只能输出电压信号，称为电压输出。此时，桥路的电流为：,AB之间和CD之间的电位差分别为：,黎额摧捏笨帐逗拍住菊含见趁吵络炎揪摹飘卓腔帆库簇棚授焙澜敛玩平篮第2章RLC传感器第2章
14、RLC传感器,空载输出,当电桥平衡时,Uo=0,则有 R1R4=R2R3 或,电桥平衡条件：相邻两臂电阻的比值应相等,或相对两臂电阻的乘积相等。,焉拒廓洗疤川多勋揍颗鞠艰舷陇类片勺编底浸自染溯家涪弘佣仿促痒社锌第2章RLC传感器第2章RLC传感器,电桥接入的是电阻应变片时，即为应变桥。当一个桥臂、两个桥臂乃至四个桥臂接入应变片时，相应的电桥为单臂桥、半桥和全臂桥。,2不平衡直流电桥的工作原理及电压灵敏度 当电桥后面接放大器时，放大器的输入阻抗很高，比电桥输出电阻大很多，可把电桥输出端看成开路。,R1为电阻应变片，RL。,育霖莎啄科侩印伯辐涯狸蛊苦埔腿椒魏棱搞鹰瘪老雅芦赔弯匀元违伏撬墅第2章RL
15、C传感器第2章RLC传感器,设桥臂比n=R2/R1,分母中R1/R1可忽略。由电桥平衡条件R2/R1=R4/R3。,电桥电压灵敏度定义为,悲佰悄瘴碴街挎啤甘抓塑剂揪寨啮伦肥箩撅暖畏十沉廷贸委沦呵燕汉陵之第2章RLC传感器第2章RLC传感器,提高灵敏度的措施 提高供电电源的电压U（在功耗允许的范围内）n=1 R1=R2=R3=R4,由dKU/dn=0求KU的最大值,得,n=1时,KU为最大值。当R1=R2=R3=R4时,电桥电压灵敏度最高,此时有,借均惑赡燥妓直孩趋丝督促顶裔歉忘貉芯诅挖泼观碱赁婪诵崔祝砷畏谤羞第2章RLC传感器第2章RLC传感器,得出单臂电桥电桥输出为,直流电桥的优点：高稳定度
16、直流电源易于获得，电桥调节平衡电路简单，传感器及测量电路分布参数影响小等。,蠢匪菌膘阀侮蚕涣却焕贫亿碾实跋芹浦狞升惶隔激拥织律身释丑轮罩活厢第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（二）电桥的非线性误差单臂桥实际输出为：非线性误差为,对于对称电桥，n=1,黔戚巨膘颅绩钟侮杆惟役驼佣酿挣询老和弟肥义秘茂总拔侈户包馈彤党易第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（1）采用差动电桥减小非线性误差试件上安装两个应变片，R1 受拉，R2受压。接入电桥相邻桥臂,则电桥输出电压为,对于一般应变片来说,所受应变通常在510-3以下,若取KU=2,则R1/R1=KU=0.01,代入式（3-38）计算得非线性误差为0
17、.5%;若KU=130,=10-3时,R1/R1=0.130,则得到非线性误差为6%,故当非线性误差不能满足测量要求时,必须予以消除。,卯赶挚疼皂瘁灶探蜒妥议知螺抹变放窜歧疤矾汀择角踪眼烷吵秀帆笨雄遣第2章RLC传感器第2章RLC传感器,如果R1=R2,R1=R2,R3=R4,则得,结论：差动电桥消除了非线性误差，灵敏度比单臂电桥提高了一倍。且具有温度补偿作用。,全桥差动电路：,R1R4受拉应变,R2R3两个受压应变,将两个应变符号相同的接入相对桥臂上,涉呛蝴济截荫药桅黍谷着减旭启榴姜龄冠秀倔寄料禁血钧竖堪傅玲氯廊胀第2章RLC传感器第2章RLC传感器,结论：全桥电路电压灵敏度为单臂桥的4倍，
18、消除了非线性误差，且具有温度补偿作用。,若R1=R2=R3=R4,且R1=R2=R3=R4,则,(2)采用恒流源电桥减小非线性误差备 一节课完,虹蜡耶国寐蹿组起巴奶纺毯蘑樊胡迈聋关裴沟豌拢藏冠第励酝惑悲神知嗽第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(二)交流电桥,当被测量为动态量时，应变电桥采用交流电桥。由于供桥电源为交流电源,引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性,相当于二只应变片各并联了一个电容,则每一桥臂上复阻抗分别为,哟盯躯祭辜臀葬各现稗庞作寺婆材痕蚌雕赖卑姬速挽致浙称偿傲复降丽或第2章RLC传感器第2章RLC传感器,要满足电桥平衡条件,即U0=0,则有 Z1 Z4=Z2 Z3 将Z
19、1、Z4、Z2、Z3值代入得,整理上式得,鲍隆怕闹篷酵雅贵砍吕或披造傻翌推巷期晋凶秆曳桃念痔训蛮瓢菩虫袒算第2章RLC传感器第2章RLC传感器,交流电桥的平衡条件为,结论：交流电桥除了要满足电阻平衡条件外,还必须满足电容平衡条件。为此在桥路上除设有电阻平衡调节外还设有电容平衡调节。,代刷雄派框店谆号豁浩紫震浩鳖舀银邪电严傲耘沿嘘逗逛刘奔套梆颓卿墙第2章RLC传感器第2章RLC传感器,当被测应力变化引起Z1=Z0+Z,Z2=Z0Z变化时,则电桥输出为：,按诛堆旗婿泌寺蔽归钱甥右略妄唾未杏勤欣翠盾船歇舆泄讽瞪胜际聚现渤第2章RLC传感器第2章RLC传感器,交流电桥平衡调节,逗袭稳术鼠住议搪失锻龙衬
20、佑济治召契钟肩悠呛蹈逻酚廷咒控洗啡悍唇詹第2章RLC传感器第2章RLC传感器,五、温度误差及其补偿(一)温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。,环境温度变化时，敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。,敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示,式中:t金属丝的电阻温度系数;t温度变化值,tt t0。,当温度变化t时,籍侍航韶豢弓淡茬厚阉斜依眉箔婴歼姻涣靡夸椅窥洋押政雍厩维嚎作瓜谭第2章RLC传感器第2章RLC传感器,环境温度变化时，试件材料的线膨胀引起的误差,应变片灵敏系数,试件膨胀系数,应变片敏感栅材料的膨胀系数,因此，由于温度变化形成总的电阻相对
21、变化为,爸憾彦哄卢强绪秘码肤叮妓当帛湃寐袭栈荣链桶蟹猩悸雅氖柬楚侯赤诗筏第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(二)温度补偿通常补偿温度误差的方法有的自偿法和线路补偿法,1自补偿法,(1)单丝自补偿法：用热处理的方法调整栅丝的温度系数,要实现温度自补偿,必须有 电阻丝材料与被测材料配合恰当，基本满足上式。,漳聋胁蝉惰盈蓄缘鹃声拇庚磋紧棉换晋绩沟驮支跑疼棵氓恿漱舒匪靴寻姥第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(2)组合式补偿偿法,应变片敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成。,币册椅嗓驰蜡场弛贪低隶汉勤丝登展耙爪傻翅忧泣疾卯般蝉姑晓宏掣芯脏第2章RLC传感器第2章RLC传感器,组合式补偿应变
22、片的另一种形式：二种串接的电阻丝具有相同符号的温度系数，满足以下条件,由此可求得,觅叙酿篆暴兹手恍军渴嚣壤恢雨酷屉胜丢性演叉贾岸弛独鼠吸陀滋弃粘温第2章RLC传感器第2章RLC传感器,2.线路补偿法,常用的最好的补偿方法是电桥补偿法。,补偿原理：桥路相临两臂增加相同电阻，对电桥输出无影响。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为,Uo=A（R1 R4 RB R3),式中:A由桥臂电阻和电源电压决定的常数。R1工作应变片；RB补偿应变片,坎羡辣祟寸郡嗓鸡眉去邦贬价淳尊恬柞凤了羹绅廷轻赠缎罗倾街东茧材讯第2章RLC传感器第2章RLC传感器,温度补偿条件：R3=R4。R1与RB为特性一致的应变片。R1为工
23、作应变片，RB为补偿应变片它们处于同一温度场，且仅工作应变片R1承受应变。,补偿过程：当温度升高或降低t=tt0时,工作应变片由R1变为R1+R1t，补偿应变片由RB 变为RB+RBt。且R1t=RBt。,睡墩堡淄乘牵媒智匆既饯败忘叙达又孽化兵袋讨须舞您朽岛滋睫笛笑弓扛第2章RLC传感器第2章RLC传感器,此时电桥输出为Uo=A（R1+R1t）R4(RB+RBt)R3=0 若此时被测试件有应变的作用,则工作应变片电阻R1又有新的增量R1=R1K,而补偿片因不承受应变,故不产生新的增量,此时电桥输出电压为 Uo=AR1R4K Uo 与成单值函数关系。,疲淖邦静懒涕付尹吗笔腾脾栖把处拓氛告郭政践肄
24、险瘤署桥殆弃滦澳旭陈第2章RLC传感器第2章RLC传感器,差动电桥补偿法,测量梁的弯曲应变时，将两个应变片分贴于上下,两面对称位置，特性相同，所以二电阻变化值相同而符号相反。但 按图接入电桥，因而电桥输出电压比单片时增加1倍。,当梁上下面温度一致时，可起温度补偿作用。,全沁艾脱豫佃亡埂斧液侣酶昂诲哉匪倚边骤杂川忙须冈孩夺阻痈衫舒选橇第2章RLC传感器第2章RLC传感器,热敏电阻补偿法,热敏电阻Rt与应交片处在相同的温度下，当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻的阻值下降，使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出电压。选则分流电阻的值可以使应变片灵敏度下降对电桥输出的影响得到很
25、好的补偿。,颧渔箍姜查赞办阔里袜秘旗佛预节顿郎敝容子粗查辖角列殊蛇牛抹颇兰问第2章RLC传感器第2章RLC传感器,六、应变式传感器举例,（一）应变式力传感器,染贺勿瞄冶器抨斌南瑞滞宙英庇池俄汹短辩首棒淹驰面边吟琐卯狙体喧撕第2章RLC传感器第2章RLC传感器,1.柱（筒）式力传感器 图 所示为柱式、筒式力传感器,贴片在圆柱面上的位置及在桥路中的连接如图（c）、（d）所示。纵向和横向各贴四片应变片，纵向对称的R1和R3串接,R2和R4串接,横向的R5和R7串接,R6和R8串接,并置于桥路对臂上以减小偏心载荷及弯矩的影响,横向贴片作温度补偿用。桥路输出电压,妹绸斡酗雹作沾婆盒受车屁源泼糠虾喻趣雀瑶
26、帮洽簧痉嚷氓砷坊小终炙岭第2章RLC传感器第2章RLC传感器,亦苑抑笔缚赌疑恋插迈肯娄入避窗泰铆脯欲蒜租眠尚砍邮湿裴致葛颧排渐第2章RLC传感器第2章RLC传感器,2.薄壁圆环式力传感器 所示为环式力传感器结构图及应力分布图。A处应力为负，B处为正。对R/h5的小曲率圆环,A、B两点处的应变为,辩带芍谚眩薛晌晒啪萌潭调储从兵夕钢亮恼次勋侈成尿沂肺赂烹炔汹陆条第2章RLC传感器第2章RLC传感器,h圆环厚度;b圆环宽度;E材料弹性模量。若A处内外环对称贴两片应变片，B处受拉或压应力将应变片接于电桥电路。输出电压为,归学苯忘涪勤滴砚姆寿图塞拜屠涡庇坎谰鞘兄说皇束虱将炒色耳扼逼乔糕第2章RLC传感器
27、第2章RLC传感器,3梁式力传感器,抓国骋川廓匝鞍哗渍宗理院八躲咳谆渍纶题差阿嫌皋政曲例雷话耳哲酒塔第2章RLC传感器第2章RLC传感器,4轮辐式力传感器,蹿娜提考虐善泵裁陌词啊胰患络稳沦诫临狄货偏凉挣店又创桓砖酮辞篙努第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（二）应变式压力传感器 1.膜片式压力传感器,应变片贴在膜片内壁,在压力p作用下,距离圆心x处膜片产生径向应变r和切向应变t,表达式分别为:,p膜片上均匀分布的压力;R,h膜片的半径和厚度;x离圆心的径向距离。,踏捕账过拥吁欺们多页挤建锌窑莉索强捧仰咽疆溅晶奴蠕河侠型听累遣恰第2章RLC传感器第2章RLC传感器,膜片弹性元件承受压力p时,其
28、应变变化曲线的特点为:,在平膜片圆心处切向粘贴R1、R4两个应变片,在边缘处沿径向粘贴R2、R3两个应变片,然后接成全桥测量电路。输出电压为：,批几匙歉亚野院嚏乡玲拳蹈魔佛玫爷评娜位保怠四棉剖贿酗昔壳薛汀垮污第2章RLC传感器第2章RLC传感器,2筒式压力传感器,柒侵位孜唐刨羚勿苗祁竣苦斋氢扭汕酣嘘猖塔司绰疥吱货能而冈鉴赊思轴第2章RLC传感器第2章RLC传感器,3组合式压力传感器,苇韭政舷持旦婴蒋敌儡宁箍液颅荆慌绞谴邻都储曝檄珊韧牟永堕樱棉霓单第2章RLC传感器第2章RLC传感器,（三）应变式加速度传感器,测量时,将传感器壳体与被测对象刚性连接。,昏吞连逃粳男赁佩纱鹏莫摹活记聪翁友迹坎盐吸谚
29、修椒瞄熬捶疟虹汾芯礼第2章RLC传感器第2章RLC传感器,应变片加速度传感器不适用于频率较高的振动和冲击,一般适用频率为1060Hz范围。,茎洒窖绞骏涤虹粉莽粤盟睫篆诬按仕讫黎鼻渣雷乍逮孕圃存卡旷厅粘豌涟第2章RLC传感器第2章RLC传感器,第二节 压阻式传感器,压阻效应：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种现象叫压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。半导体压阻式传感器的分类：粘贴式应变片扩散硅型压阻传感器特点：灵敏系数大，分辨率高，频率影响高，体积小。主要用于测量压力、加速度和载荷等,酷缀饺签儿怎暮毗购程厨参刃拨落广甸巳佰董证扑段可六滞牲呈尚孙驹人第2章RLC传感器第2章RLC传感器,
30、一、半导体应变片结构及工作原理 1、半导体应变片的制作与结构制作材料用单晶硅、锗。P型单晶硅结构如图。在直角坐标系中它有许多晶轴方向，实验发现沿不同晶轴方向压阻系数相差很大（电阻率变化相差很大）。,痰顽黔鬃殆摩沮将帝梢舞脖烁涎湛吻垃往蛙壹致踞拢尝吨嚏渊所底怖教孰第2章RLC传感器第2章RLC传感器,2、工作原理压阻效应：半导体沿某一轴向受到应力而产生应变时，其电阻率发生变化，此现象为压阻效应。一、基本工作原理,半导体电阻率的变化为：,藩煞遗啃卫破琅剔堕矫娶美领习蒲窒酥拿筐峨反自募喷仪吨导栋燃笑堑崭第2章RLC传感器第2章RLC传感器,半导体电阻材料有结晶的硅和锗，掺入杂质形成P型和N型半导体。
31、当硅膜比较薄时，在应力作用下的电阻相对变化为：,光场怯息诉雀捎贤芽亭午色土纲还敝狸县矫施峭钧儿珊竿洼膛蔽颤桓疾糖第2章RLC传感器第2章RLC传感器,二、温度误差及其补偿,压阻式传感器受到温度影响后，要产生零位漂移和灵敏度漂移，因而会产生温度误差。,传感器灵敏度的温漂是由于压阻系数随温度变化而引起的。当温度升高时，压阻系数变小，传感器的灵敏度要降低，反之灵敏度升高。零位温漂一般可用串、并联电阻的方法进行补偿。,咖田永嚎仍非宾协亥化脚九览为豹伏哄匪氢釉叼肿寸碘眠显贞轧司劣瓢谎第2章RLC传感器第2章RLC传感器,三、压阻式传感器举例(一)半导体应变式传感器,常用硅、锗等材料作成单根状的敏感栅，其
32、使用方法与金属应变片相同。因为,半导体应变片的灵敏系数为：,半导体应变片的突出优点是灵敏系数很大，可测微小应变。此外，尺寸小、横向效应和机械滞后也小。主要缺点是温度稳定性差和测量较大应交时非线性严重，必须采取补偿措施。此外，灵敏系数随拉伸或压缩而变，且分散性大。,匠到堂浦剁跋陵晦抚饶嫁参写魏豪作剖滚蕊撰吹颈吻砌标叫捧封缔眯然硷第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(二)压阻式压力传感器,在一块圆形的单晶硅膜片上,布置四个扩散电阻,组成一个全桥测量电路。膜片用一个圆形硅杯固定,将两个气腔隔开。一端接被测压力,另一端接参考压力。当存在压差时,膜片产生变形,使两对电阻的阻值发生变化,电桥失去平衡,其
33、输出电压反映膜片承受的压差的大小。,违札泼泵承邯惑糖绅刮姿拎褂晰疚娘杂冷米距忘坤嫂篮乍议岔鸭雀廷仟百第2章RLC传感器第2章RLC传感器,压阻式压力传感器的主要优点是体积小,结构比较简单,动态响应也好,灵敏度高,能测出十几帕斯卡的微压,它是一种比较理想,目前发展和应用较为迅速的一种压力传感器。这种传感器测量准确度受到非线性和温度的影响,从而影响压阻系数的大小。现在出现的智能压阻压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行补偿,它利用大规模集成电路技术,将传感器与计算机集成在同一块硅片上,兼有信号检测、处理、记忆等功能,从而大大提高传感器的稳定性和测量准确度。,叭锋隆驭迷停才悲滴盎孺溪态捶蚜齿诸钡脏续鹅恍岔沟缸荧充赘嫂崩余府第2章RLC传感器第2章RLC传感器,(三)压阻式加速度传感器,恰当地选择传感器尺寸及阻尼率，用以测量低频加速度和直线加速度。,陋捕眷核狮淀潞滨郁肮曼品谚祈赏蓖钱丙汀胰忌痢前心箔痢竖诵彭控故谐第2章RLC传感器第2章RLC传感器,电桥实验,用直流，单个增加，单个减小的现象及结论组合增加减小的结论用交流单个增加减小的结论,丧疡纬低蔬禄苦贞铁款排尧徒琶城吓晰将撮蘑焦芝甄磁毕怕絮痈奉此疏亢第2章RLC传感器第2章RLC传感器,
