【正文】 ? 當(dāng)電橋相鄰臂電阻增量同號時(shí)，對輸出作用相互抵消 ? 當(dāng)電橋相對臂電阻增量異號時(shí)，對輸出作用相互抵消 ? 疊加特性 ? 當(dāng)電橋相對臂電阻增量同號時(shí)，對輸出作用相互疊加 ? 當(dāng)電橋相鄰臂電阻增量異號時(shí)，對輸出作用相互疊加 ? 電橋加減特性在實(shí)際測量中應(yīng)用 可以通過不同的接橋方法來提高測量的靈敏度，消除不需要的成分 全等臂全橋接法輸出 KKKKKRRRRR ???????? 43214321 ,? ?432143214433221104)(44???? ???????????????????? ?????????KERRRRRERRRRRRRREU? 條件 2) 橋臂中應(yīng)變片串聯(lián) 橋臂中應(yīng)變片串聯(lián) 橋臂中應(yīng)變片串聯(lián)輸出 ?當(dāng)電橋中工作臂由 n個(gè)阻值和靈敏系數(shù)都相同的應(yīng)變片串聯(lián)組成，設(shè)每個(gè)應(yīng)變片電阻應(yīng)變?yōu)? 時(shí)，則電壓輸出為 ?此接法的用途： ?提高供橋電源電壓 ?取各點(diǎn)應(yīng)變平均值 ? ? ? ????? ????????? ????????iiiinKEnRRRnRnRnRRnREU ?4)(20iR?3)電橋的靈敏系數(shù) ?電橋的靈敏系數(shù)定義為 ? ? EnnRRUKd 201 ?????3412 // RRRRn ??橋臂比 ?靈敏系數(shù)是 n的函數(shù)，由求極值原理可得當(dāng) n=1時(shí)， 靈敏系數(shù)最高 ?提高電源電壓可以提高電橋的靈敏系數(shù) ， 提高精度 4) 電橋的線性度 單臂電橋按線性化處理時(shí)輸出電壓 ? ? ERRRRRRRU4231139。如電阻應(yīng)變片把應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻，差動變壓器把位移轉(zhuǎn)換成電壓等 傳感器分類 1. 按傳感器用途分類 ? 按被測物理量來分類的，它能明顯體現(xiàn)傳感器的功能 ? 如位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器、流量傳感器等 ? 特點(diǎn)： 便于使用者根據(jù)測試物理量選擇傳感器 ? 問題： 種類繁多 2. 按工作原理分類 ? 按傳感器工作原理來分類 ? 如電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、光電式傳感器 ? 特點(diǎn)： 每一種都有相同的工作原理，其后接變換電路二次儀表也基本相同，對研究和學(xué)習(xí)都很方便 ? 問題： 使用不方便 傳感器性能要求 ? 把傳感器看作是一個(gè)系統(tǒng) ? 傳遞性能 — 靜態(tài)特性、動態(tài)特性 ? 精度和誤差 ? 信噪比 ? 穩(wěn)定性 ? 抗干擾能力 ? ? ? ?00 ttxAty ??? 電阻式傳感器 ? 電阻式傳感器 是把被測量的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器 ? 按工作的原理可分為 :變阻式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式 電阻應(yīng)變式傳感器構(gòu)造和工作原理 ? 電阻應(yīng)變式傳感器組成 由電阻應(yīng)變片、彈性元件等部分組成，其核心元件是電阻應(yīng)變片 — 半導(dǎo)體、金屬應(yīng)變片 ? 金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu) 由敏感柵 基底 粘結(jié)劑 覆蓋層 引線 2等組成 金屬應(yīng)變片構(gòu)造和電阻絲變形圖 單根敏感柵 金屬應(yīng)變片工作原理 ? 電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變 電阻效應(yīng) ，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形 (伸長或縮短 )的變化而發(fā)生變化象 ? 設(shè)電阻絲長為 L，面積為 S，電阻率 r，則電阻 R SLR ?? ??dSdSLdLRdR ???? 如果保持溫度 T不變，當(dāng)電阻絲的兩端受到軸向拉力作用，長度增加，面積減少，電阻率則因晶格發(fā)生變形等也會發(fā)生變化 金屬應(yīng)變片工作原理 ? 電阻相對變化率與電阻絲體積變化率存在如下線性關(guān)系 xLdL ??xyrdrrrdSdS ????? 222)(22?????)2()()( xxCLdLSdSCSL SLdCVdVcd ????? ???????? 對于半徑為 r，泊松比為 μ的電阻絲有 C— 材料壓阻比例系數(shù) 金屬應(yīng)變片工作原理 Ks— 電阻絲的靈敏系數(shù)，它表示電阻絲電阻變化率隨應(yīng)變變化的敏感程度 ? 電阻絲材料為康銅、鎳合金絲，直徑 ， 箔式應(yīng)變片箔片厚度 1~10微米 ? 靈敏系數(shù)取決于兩個(gè)因素： 幾何變形和材料電阻率變化 (壓阻效應(yīng) ) xsKCRdR ???? ????? )]21()21[()21()21( ?? ???? CK s?電阻絲電阻相對變化率與變形之間關(guān)系 ??dSdSLdLRdR ???半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理 KSP— 半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù) E — 半導(dǎo)體材料的彈性模量 ?半導(dǎo)體應(yīng)變片 變形時(shí)，電阻相對變化 ?敏感柵用半導(dǎo)體應(yīng)變片材料制成的應(yīng)變片 ?對于半導(dǎo)體應(yīng)變片，電阻率變化與軸向應(yīng)力 s 或應(yīng)變 ? 存在如下線性關(guān)系 xss EKK ?????? ???xssxx EKEKRR ????????? ????????? )21()21(金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片比較 ? 金屬應(yīng)變片 )21()21( ??????? ?? ?mm KK?對于半導(dǎo)體應(yīng)變片 ? ?1 0 0~50)21( ???? EKK ss ???結(jié)論： 金屬應(yīng)變片的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主 半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng) 應(yīng)變片靈敏系數(shù) K ? 應(yīng)變片是根據(jù)應(yīng)變電阻效應(yīng)原理制造出來。2 傳感器及其測量電路 ? 工程中各種傳感器 概 述 ? 傳感器 (sensor/transducer)定義： 能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出電信號的器件或裝置。它擔(dān)負(fù)著獲取信號和轉(zhuǎn)換信號的任務(wù) ? 在礦業(yè)工程中測試中大多數(shù)屬于非電量電測法，在這里傳感器的任務(wù)是將待測的非電量轉(zhuǎn)換成電量 ? 測試一般過程 ? 選擇傳感器類型 根據(jù)被測對象的性質(zhì)、環(huán)境特點(diǎn)及對測量精度的要求 ? 選擇電測線路 (二次儀表 ) ? 傳感器的設(shè)計(jì)和標(biāo)定 傳感器構(gòu)成 ? 傳感器主要由兩部分構(gòu)成 (結(jié)構(gòu)型 :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變 ) ? 彈性元件 (敏感元件 sensing element) 由彈性材料做成，它直接感受被測非電量，其作用是實(shí)現(xiàn)各種非電量之間的轉(zhuǎn)換，如把力、壓力、位移、加速度、溫度等變換成應(yīng)變量或位移量等 ? 變換元件 （ transduction element） 其作用是把彈性元件輸出量 (如應(yīng)變量或位移量 )轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。它的輸入量為機(jī)械應(yīng)變，輸出量為電學(xué)量 (電阻 ) ? 應(yīng)變片靈敏系數(shù)與單根電阻絲靈敏系數(shù)不同 ? 應(yīng)變片靈敏系數(shù) K定義為 ?RRK ??? 金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)約為 2 ? 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)可達(dá) 100以上 測量電路 ? 原因： 電阻應(yīng)變片把力學(xué)量 (應(yīng)變 )的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化 但是，一般電阻變化是很小的，不易直接測量 ? 電阻應(yīng)變片測量電路 : 常用的 測量電路 是電橋電路 ? 作用： 把電阻 (電感、電容 )的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化 ? 分類： 按供給電橋電源不同，電橋電路分為直流電橋和交流電橋 直流電橋 ? 放大器的輸入內(nèi)阻很高，電橋輸出端相當(dāng)于 開路 R2 R1 V E R3 R4 直流電橋輸出 ? 直流電橋輸出端接電阻應(yīng)變儀放大器時(shí)，輸出為電壓，故又稱電壓電橋 ? 輸出端開路時(shí)電橋的輸出電壓為 a點(diǎn)和 b點(diǎn)的電位差 ERR RERR RRIRIUUU ba43421144110 ????????? ?? ? ERRRRRRRRU432124310 ????電橋平衡條件和輸出 即電橋平衡時(shí)相對橋臂電阻的乘積相等。0 )( ???????EKERRU ?41410 ????單臂電橋?qū)嶋H的電壓輸出 ?????? ??????? . . .21142114?? KKERRRRE則單臂工作電橋非線性誤差為 %10021%100039。測量結(jié)果將包含有環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的附加應(yīng)變，其量值往往很大，應(yīng)采取相應(yīng)措施來消除其影響，即進(jìn)行所謂的溫度補(bǔ)償 ?采用橋路補(bǔ)償方法 在常溫范圍內(nèi)，采用橋路補(bǔ)償方法，就是利用在電橋的兩個(gè)相鄰橋臂上，同時(shí)產(chǎn)生量值相同、符號亦相同的電阻變化量，不改變電橋輸出的性質(zhì)，消除溫度變化帶來的附加應(yīng)變 a 補(bǔ)償片補(bǔ)償法 在與被測試件材料相同、但不受應(yīng)力的補(bǔ)償件上，粘貼和工作片性能完全相同的補(bǔ)償應(yīng)變片，并使補(bǔ)償件和被測試件同處于相同的溫度環(huán)境中。如圖懸臂梁，上下兩表面應(yīng)變量值相等，符號相反，溫度條件相同，各貼一個(gè)類型、阻值和靈敏度系數(shù)均相同的應(yīng)變片，并各自連接在電橋的兩個(gè)相鄰橋臂上。同時(shí)可使電橋靈敏度提高。 ? 最小可測 1~5微應(yīng)變 ， 最大可測 2~3萬微應(yīng)變 。 1dxdxdxCC%100%100039。電容的變化量 （差動聯(lián)接） 為 ? ?2000000211121111dxdxCdxdxCCCC?????????????????5) 差動變間隙式電容傳感器特性 ? 差動變間隙式輸入輸出關(guān)系 00402000 212 dxCdxdxdxCC ?????????????????????????????? ?? ? ? ? %100%100%100 2005030 ????????????????????dxdxdxdxCCCllc??00 2/dxCCKS ???? 差動變間隙式非線性誤差近似值為 ? 差動變間隙式電容傳感器靈敏度為 ? 差動式電容傳感器靈敏度提高一倍 ? 差動式電容傳感器非線性誤差減小， 是 x/d0二階小量 變面積式電容變換器 角位移型 + + + 1) 輸入 輸出特性 ? 動極板在被測參量作用下發(fā)生 橫向 位移，使兩極板相對有效面積改變 Δs ，則電容 c0 也