《基本电量传感器》PPT课件

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1、第2章基本电量传感器单元4电阻传感器单元5电容传感器单元6电感传感器化学工业出版社单元4电阻传感器【电路图】【电路分析】直流电桥图示为直流电桥，E为供电电源，R1、R2、R3、R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。★单臂电桥：R1为电阻应变片时，R2、R3、R4为电桥固定电阻。直流电桥的平衡条件：电桥平衡时,Uo=0:【知识要点】1.应变效应当电阻丝受到拉力F作用时，轴向伸长Δl（dl）,长度相对变化量为dl/l，横截面积相应减小ΔA（dA），横截面积相对变化量为dA/A，电阻率相应改变Δρ（dρ），电阻率相对变化量为dρ/ρ，从而引起的电阻值相对变化:令ε=dl/l，

2、ε为轴向应变，简称应变。由截面积A＝πr2,则dA=2πrdr,dr/r称为径向应变:在弹性范围内金属丝受到轴向的拉力F时，将沿轴向伸长，沿径向缩短,μ为电阻丝的泊松比,轴向应变和径向应变的关系可表示为：把单位应变引起的电阻值变化量定义为电阻丝的灵敏度K，则：半导体应变片:半导体应变片电阻值的相对变化量:一般πE比1+2μ大两个数量级，略去1+2μ，半导体应变片的灵敏系数近似为：2.应变片的性能参数（1）灵敏度（2）横向效应（3）应变（4）应变片的电阻值（5）允许电流3.应变片的构造4.电阻应变片的材料要求（1）灵敏系数应在尽可能大的应变范围内保持为常数，即电阻变

3、化与应变呈线性关系；（2）电阻率ρ值要大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；（3）具有足够的热稳定性，电阻温度系数小，有良好的耐高温抗氧化性能；（4）与铜线的焊接性能好，与其他金属的接触电动势小；（5）机械强度高，具有优良的机械加工性能。5.电阻应变片的粘贴（1）粘合剂选用（2）试件表面处理（3）确定贴片位置（4）粘贴（5）固化（6）粘贴质量（7）引线的焊接与防护【电路图】【电路分析】单臂电桥电桥输出电压：半桥电桥输出电压：全桥电桥输出电压：【知识要点】1.电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压U，供电电压越高，电桥电压灵敏度越高，而供电电压的提高受

4、到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择。2.电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择n值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。3.应变片的敏感栅是由金属或半导体材料制成的，因此工作时既能感受应变，又是温度的敏感元件。因为应变引起的电阻值变化很小，所以要提高测量精度，就必须消除或减小温度的影响。电阻温度系数和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数是产生应变片温度误差的主要因素。实际应用中，必须对电阻应变片进行温度补偿，电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。4.电阻应变片是将外力作用引起的应变转换成电阻值的变化，再通过测量电桥将电阻值的变化转化为

5、电压信号，从而确定外力的大小。所以应变片粘贴的位置合理与否，接入电桥的方式恰当与否等均会影响最终的测量结果。因此对电阻应变片的步片与组桥应该遵循以下原则：(1)根据弹性元件受力后的应力应变分布情况，应变片应该布置在弹性元件产生应变最大的位置，且沿主应力方向贴片；贴片处的应变尽量与外载荷呈线性关系，同时注意使该处不受非待测力的干扰影响。(2)根据电桥的和差特性，将应变片布置在弹性元件具有正负极性的应变区，并选择合理的接入电桥方式，以使输出灵敏度最大，同时又可以消除或减小非待测力的影响并进行温度补偿。【电路图】【电路分析】每一桥臂上复阻抗：交流电桥输出电压：电桥平衡时

6、，UO=0:电感电桥平衡条件：【知识要点】1.直流电桥中高精度直流电源比较容易获得，电桥平衡调节简单，传感器引线分布参数影响小。不过由于电桥输出电压很小，一般都需要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，线路也较复杂,因此现在应变电桥多采用交流电桥。采用交流供电的交流电桥，其平衡条件、引线分布参数影响、后续信号放大线路等许多方面与直流电桥存在明显差异。2.交流电桥除要满足电阻平衡条件外，还必须满足电容、电感平衡条件，为此在桥路上除设由电阻平衡调节外还设有电容、电感平衡调节。3.由交流电桥的平衡条件式以及电容、电感电桥的平衡条件可以看出，这些平衡条件是只针对电桥电源只有

7、一个频率ù的情况下推出的。当电桥电源有多个频率成分时，得不到平衡条件，即电桥是不平衡的。因此，交流电桥要求电桥电源具有良好的电压波动性和频率稳定性。一般采用5kHz～10kHz高频振荡作为电桥电源，以便消掉外界工频干扰。除了通常讨论的电阻、电容、电感等通用电桥外，测量中还适用带有感应耦合臂的电桥等其他形式的电桥。【电路图】【电路分析】设该电位器全长为xmax，总电阻为Rmax，则当电刷由A到B移动x后，A到电刷间的电阻值为：当作为分压器用时，若加在电位器A、B之间的电压为Umax，输出电压为：【知识要点】1.电位器传感器的工作原理：电位器式电阻传感器由电阻元件、骨

8、架及电刷（