【正文】 值的大小無(wú)關(guān)。 ?直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是高穩(wěn)定度直流電源易于獲得，電橋調(diào)節(jié)平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器及測(cè)量電路分布參數(shù)影響小，在測(cè)量中常用直流電橋。 減小非線性誤差的措施： （ 1）差動(dòng)電橋 （圖 2－ 10） 圖 2－ 10a為雙臂差動(dòng)電橋，其輸出電壓： 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 設(shè)初始時(shí)為 R1＝ R2＝ R3＝ R4=R， Δ R1＝ Δ R2=Δ R，則上式可簡(jiǎn)化為 （ 2－ 11） 結(jié)論： ?輸出電壓 U0與 Δ R/R成嚴(yán)格的線性關(guān)系； ?電橋靈敏度比單臂時(shí)提高一倍； ?此外還具有溫度補(bǔ)償作用。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （二）交流電橋 交流電橋平衡條件 交流電橋的一般形式如圖 2－ 12（ a） ,Z Z Z Z4為復(fù)阻抗， U為交流電壓源，開(kāi)路輸出電壓為 U0。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ? 雙臂電橋的情況 ：如圖 2－ 12b， C2亦為應(yīng)變片導(dǎo)線或電纜分布電容。實(shí)際上，由于應(yīng)變片粘貼、引線等引起初始阻抗的不相等，為此，一般要設(shè)置 預(yù)調(diào)平衡線路 ，如圖 2－ 13(a)所示。 α t——敏感柵材料電阻溫度系數(shù)。 α g——試件材料的膨脹系數(shù)； α s——敏感柵材料的膨脹系數(shù)。 錳白銅 溫度系數(shù)與退火溫度的關(guān)系如下圖。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ?組合式自補(bǔ)償 方式一 ： 兩種敏感絲的電阻溫度系數(shù)符號(hào)不同 ,圖 2－ 15； 方式二 ： 兩種敏感絲的電阻溫度系數(shù)符號(hào)相同，引出后接于相鄰橋臂。 R1與 RB接入電橋相鄰臂上，造成△ R1t與△ RBt相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓 U0與溫度變化無(wú)關(guān)。但 R1與 RB按圖 2－ 10接入電橋，因而電橋輸出電壓比單片時(shí)增加 1倍。 方式二 ： 熱敏電阻補(bǔ)償法。應(yīng)變片粘貼在彈性體外壁應(yīng)力均勻的中間部分，并均勻?qū)ΨQ地粘貼多片。 – 貼片在圓柱面上的展開(kāi)位置及其在橋路中的連接，如圖 2－ 20所示，其特點(diǎn)是 R R3串聯(lián)， R R4串聯(lián)并置于相對(duì)位置的臂上，以減少?gòu)澗氐挠绊憽? – 柱式力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以測(cè)量大的拉壓力，最大可達(dá)107N。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 薄臂圓環(huán)式力傳感器 – 特點(diǎn)：施加外力后，各點(diǎn)的應(yīng)力差別較大，彎矩分布圖見(jiàn)圖 2－ 22。 ? 等截面梁： 其特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，靈敏度高。但是因 表面沿 l方向各點(diǎn)的力分布不等，對(duì)四個(gè)（或兩個(gè)）貼片的位置要對(duì)稱。 ? “ S”形彈性元件： 適用于較小載荷。每條輪輻上的剪切力和外加力 P成正比。 – 應(yīng)變片（ 8片）的貼法和連接電橋如圖所示。 – 這是一種較新型的力傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是 精度高、滯后小、重復(fù)性及線性度好、抗偏載能力強(qiáng)、尺寸小、重量輕 。 ? R R4測(cè)量徑向應(yīng)變 ε r（負(fù)）， R R3測(cè)量切向應(yīng)變 ε t（正），四個(gè)應(yīng)變片組成全橋，即可增大傳感器的靈敏度，又起到溫度補(bǔ)償作用。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 筒式壓力傳感器 ? 工作原理： 圖 2－ 24(a)所示 , 圓柱體內(nèi)有一盲孔，一端有法蘭盤與被測(cè)系統(tǒng)連接。圖 2－ 24(c)是沒(méi)有端部的形式，則 R1和 R2垂直粘貼， R2作溫度補(bǔ)償用。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （三）應(yīng)變式加速度傳感器 結(jié)構(gòu)圖如下： 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 工作原理： 物體加速度 a?慣性力 ma ?應(yīng)變片的應(yīng)變 ε ?電阻變化 Δ R 適用于低頻測(cè)量。 ★ 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng) 。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 壓阻式傳感器的特點(diǎn)及用途： 靈敏系數(shù)大，分辨率高。它主要用于測(cè)量 壓力、加速度和載荷 參數(shù)。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 一、基本工作原理 ? ? ??? ?????? l lRR 21? ? l lRR ???? ?21llEell???? ?????對(duì)半導(dǎo)體材料 對(duì)金屬材料 電阻相對(duì)變化量 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 式中 π l——沿某晶向的壓阻系數(shù)； Ee——半導(dǎo)體材料的彈性模量； ? ——應(yīng)力； 實(shí)例： 半導(dǎo)體硅材料 π l＝（ 40－ 80） 10－ 11m2/N， Ee＝ 1011N/m2， kB =π lEe =50～100。 所謂晶向，就是晶面的法線方向 。 ? 圖 2－ 32表示不同雜質(zhì)濃度， P型硅的壓阻系數(shù) π 44與溫度的關(guān)系。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ? 壓阻式傳感器一般 擴(kuò)散四個(gè)電阻 ，并接入電橋。故常采用補(bǔ)償措施： （ 1）零位溫漂補(bǔ)償： 串并聯(lián)電阻。其中， RS是串聯(lián)電阻； RP是并聯(lián)電阻。 補(bǔ)償原理如下： 由于零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致 B、 D兩點(diǎn)電位不等，譬如， 當(dāng)溫度升高時(shí)， R2的增加比較大， 使 D點(diǎn)電位低于 B點(diǎn)， B、 D兩點(diǎn)的電位差即為零位漂移。這樣，當(dāng)溫度變化時(shí)，可減小 B、 D點(diǎn)之間的電位差，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?溫度升高時(shí)，因?yàn)殪`敏度降低，這時(shí)如果提高電橋的電源電壓，使電橋的輸出適當(dāng)增大，便可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。將適當(dāng)數(shù)量的二極管串聯(lián)在電橋的電源回路中，見(jiàn)圖。只要計(jì)算出所需二極管的個(gè)數(shù)，將其串入電橋電源回路，便可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹? 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)近似為 。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性差，測(cè)量較大應(yīng)變時(shí)，非線性嚴(yán)重，必須采取補(bǔ)償措施。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （二）壓阻式壓力傳感器 硅集成微型壓力傳感器（擴(kuò)散型硅壓力傳感器） 硅集成微型壓力傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 1234圖2 . 1 . 3 薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片1 –鍺膜 2 絕緣層3 –金屬箔基底 4 引線2 1345圖2 . 1 . 4 擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片1 N 型硅 2 P 型硅擴(kuò)散層3 二氧化硅絕緣層 4 –鋁電極 5 引線山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ★ 基本工作原理： 核心部分是一塊沿某晶向切割的 N型的圓形硅膜片。用導(dǎo)線將其構(gòu)成平衡電橋。在被測(cè)壓力 p作用下，膜片產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。 ? ? ? ?? ?222 3183 xrhPr ??? ????徑向：? ? ? ?? ?222 31183 xrhPt ??? ????切向：山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 內(nèi)、外電阻值的變化率應(yīng)為 riiRR ??4421??????? ?rooRR ??4421???????? ? 、 ——內(nèi)、外電阻所受徑向應(yīng)力的平均值； 、 ——內(nèi)外電阻的相對(duì)變化。 使四個(gè)電阻接入差動(dòng)電橋 ， 初始狀態(tài)平衡 ， 受力 P后 ， 差動(dòng)電橋輸出與 P相對(duì)應(yīng) 。 壓阻式壓力傳感器廣泛用于流體壓力 、 差壓 、 液位等的測(cè)量 。 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器