第五章壓力檢測

1、傳感器與智能檢測技術 第五章 壓力檢測 25.1 壓力的概念及單位壓力的概念及單位n壓力 是垂直地作用在單位面積上的力。n壓力單位： 1N的力垂直作用于1m2面積上所形成的壓力，稱為1個“帕斯卡”，簡稱“帕”，單位符號Pa。n其他壓力單位：q工程大氣壓q標準大氣壓q約定毫米汞柱q約定毫米水柱34壓力的一般檢測方法n壓力改變彈性材料的內(nèi)部應力導致微形變壓力改變彈性材料的內(nèi)部應力導致微形變q應變式傳感器應變式傳感器q壓電式傳感器壓電式傳感器n壓力改變機械位移壓力改變機械位移q電容式傳感器電容式傳感器q差動變壓器傳感器差動變壓器傳感器n壓力引起磁場分布的改變壓力引起磁場分布的改變q霍爾式傳感器霍爾式

2、傳感器q壓磁式傳感器壓磁式傳感器n壓力改變光學系統(tǒng)特性壓力改變光學系統(tǒng)特性q光纖壓力傳感器等光纖壓力傳感器等55.2 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器n應變式壓力計是電測式壓力計中應用最廣的一種。應變式壓力計是電測式壓力計中應用最廣的一種。n5.2.1 電阻應變效應電阻應變效應導體或半導體材料受到外界力作用時（拉力或壓導體或半導體材料受到外界力作用時（拉力或壓力），產(chǎn)生機械形變，導致輸出電阻的變化。力），產(chǎn)生機械形變，導致輸出電阻的變化。一根金屬電阻絲一根金屬電阻絲, 在其未受力時在其未受力時, 原始電阻值為原始電阻值為 其中：其中： 電阻絲的電阻率電阻絲的電阻率; l電阻絲的長度電阻絲的長度

3、; A電阻絲的截面積電阻絲的截面積lRA6 當電阻絲受到拉力當電阻絲受到拉力F作用時作用時, 將伸長將伸長L, 橫橫截面積相應減小截面積相應減小A,電阻率將因晶格發(fā)生變形電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變等因素而改變, 故引起電阻值變化。故引起電阻值變化。導體受拉力后的變化：導體受拉力后的變化：LrFF7LrFFrrLL 當電阻絲受到拉力當電阻絲受到拉力F作用時作用時, 將伸長將伸長L, 橫截面積相應減小橫截面積相應減小A,電阻率將因晶格發(fā)生電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變變形等因素而改變, 故引起電阻值變化。故引起電阻值變化。導體受拉力后的變化：導體受拉力后的變化：8dAdAldlRdR其

4、變化量為：其變化量為：（1-1-6）ldl其中：其中： dl/l長度相對變化量，用軸向長度相對變化量，用軸向應變應變表示為表示為：rdrAdA2dA/A圓形電阻絲的截面積相對變化量，設圓形電阻絲的截面積相對變化量，設r為為電阻絲的半徑，電阻絲的半徑， dA = 2r dr, 則則9ldlrdr22dAdrAr 所以：所以：由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力由材料力學可知，在彈性范圍內(nèi)，金屬絲受拉力時，沿軸向伸長，沿徑向縮短，時，沿軸向伸長，沿徑向縮短， 令令dl/l=為金屬電為金屬電阻絲的軸向應變，阻絲的軸向應變，為電阻絲材料的泊松比，那么為電阻絲材料的泊松比，那么軸向應變和徑向應變的

5、關系：軸向應變和徑向應變的關系：102(1 2 )dVdldAVlA VA l又因為又因為 ，體積應變：，體積應變：11(1 2)ddVCCV（C C由材料和加工方式?jīng)Q定）。由材料和加工方式?jīng)Q定）。金屬導體材料金屬導體材料的電阻率相對變化與其體應的電阻率相對變化與其體應變的關系：變的關系：12Ed半導體材料半導體材料受到應力作用時，電阻率會發(fā)受到應力作用時，電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為生變化，這種現(xiàn)象稱為“壓阻效應。其電壓阻效應。其電阻率相對變化與阻率相對變化與 材料的軸向應力材料的軸向應力s 的關系：的關系： E : 半導體材料的彈性模量半導體材料的彈性模量: 半導體材料在受力方向的壓力系

6、數(shù)半導體材料在受力方向的壓力系數(shù): 軸向線應變軸向線應變13dAdAldlRdR由由 ：RdRRR221CmK對于金屬材料對于金屬材料:金屬材料的應變靈敏系數(shù)金屬材料的應變靈敏系數(shù)Km ：2121CKm對于金屬材料存在對于金屬材料存在 ：2121C對于金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主對于金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主14dAdAldlRdR同樣由同樣由 ：2EsKRdRRR對于半導體材料對于半導體材料:半導體材料的應變靈敏系數(shù)半導體材料的應變靈敏系數(shù)Ks ：E21Ks對于半導體材料存在對于半導體材料存在 ：21E對于半導體材料的應變電阻主要基于壓阻效應對于半導體材料的應變電阻主要基于

7、壓阻效應15總結總結: 電阻相對變化有兩部分引起，一部分是材電阻相對變化有兩部分引起，一部分是材料受力后的幾何尺寸變化（應變）；一部分是材料料受力后的幾何尺寸變化（應變）；一部分是材料受力后電阻率發(fā)生的改變。受力后電阻率發(fā)生的改變。金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主；金屬材料的應變電阻以結構尺寸變化為主；半導體材料的應變電阻主要基于壓阻效應。半導體材料的應變電阻主要基于壓阻效應。半導體應變片突出優(yōu)點是靈敏度高半導體應變片突出優(yōu)點是靈敏度高, 比金屬絲比金屬絲式高式高5080倍倍, 尺寸小尺寸小, 橫向效應小橫向效應小, 動態(tài)響應好。動態(tài)響應好。但它有溫度系數(shù)大但它有溫度系數(shù)大, 應變時非線性

8、比較嚴重等缺點。應變時非線性比較嚴重等缺點。16電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器n電阻應變式傳感器是基于應變電阻效應的電阻電阻應變式傳感器是基于應變電阻效應的電阻式傳感器。式傳感器。n其基本組成部件包括：應變片，測量電路，彈其基本組成部件包括：應變片，測量電路，彈性敏感元件等。性敏感元件等。n應變片是由金屬或半導體制成的應變片是由金屬或半導體制成的應變應變-電阻元件電阻元件。n當被測物理量作用在彈性元件上時當被測物理量作用在彈性元件上時, 彈性元件的彈性元件的變形引起應變敏感元件的阻值變化變形引起應變敏感元件的阻值變化, 通過轉換電通過轉換電路將其轉變成電量輸出路將其轉變成電量輸出, 電量變化

9、的大小反映了電量變化的大小反映了被測物理量的大小。被測物理量的大小。17A 拉力傳感器 B 壓力傳感器圖4（1）電阻應變式傳感器（照片）電阻應變式傳感器（照片）185.2.2 電阻應變片電阻應變片電阻應變片的結構：電阻應變片的結構：引 線覆 蓋 層基 片電 阻 絲 式 敏 感 柵lb圖 519 敏感柵是應變片的核心部分敏感柵是應變片的核心部分, 它粘貼在絕緣的基片上, 其上再粘貼起保護作用的覆蓋層, 兩端焊接引出導線。金屬電阻應變片的敏感柵有三種:n金屬絲式應變片金屬絲式應變片n箔式應變片箔式應變片n薄膜應變片薄膜應變片20212223當應變片安裝于試件表面時，只受軸線方向當應變片安裝于試件表

10、面時，只受軸線方向的單位應力作用，靈敏系數(shù)的單位應力作用，靈敏系數(shù)k為：為：/xRRk電阻應變片的靈敏系數(shù)電阻應變片的靈敏系數(shù)24敏感柵通常有多條軸向縱柵和圓弧橫柵組敏感柵通常有多條軸向縱柵和圓弧橫柵組成，當試件承受單向應力時，其表面處于平面成，當試件承受單向應力時，其表面處于平面應變狀態(tài)，即軸向拉伸應變狀態(tài)，即軸向拉伸 x, ,和橫向收縮和橫向收縮 y ，會，會引起的總電阻的變化。引起的總電阻的變化。25由軸向拉伸由軸向拉伸 x, ,和橫向收縮和橫向收縮 y ，引起的總電，引起的總電阻的變化為：阻的變化為： ：縱向靈敏系數(shù)；縱向靈敏系數(shù)； ：橫向靈敏系數(shù)橫向靈敏系數(shù)：雙向應變比雙向應變比 ：

11、橫向靈敏度橫向靈敏度(1)x xy yxxRkkkR xkykxykHkxy 265.2.3 電阻應變片的溫度補償電阻應變片的溫度補償 a) 電阻溫度系數(shù)的影響電阻溫度系數(shù)的影響 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表：用下式表： Rt=R0（1+ 0t） 式中式中: Rt溫度為溫度為 t 時的電阻值時的電阻值; R0溫度為溫度為t0時的電阻值時的電阻值; 0金屬絲的電阻溫度系數(shù)金屬絲的電阻溫度系數(shù); t溫度變化值溫度變化值, t=t t0。 當溫度變化當溫度變化t時時, 電阻絲電阻的變化值為電阻絲電阻的變化值為 Rt=Rt- R0= R0 0t 27

12、b) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響影響n當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時, 不不論環(huán)境溫度如何變化論環(huán)境溫度如何變化, 電阻絲的變形仍和自由電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣狀態(tài)一樣, 不會產(chǎn)生附加變形。不會產(chǎn)生附加變形。 n當試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時當試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時, 由于環(huán)境由于環(huán)境溫度的變化溫度的變化, 電阻絲會產(chǎn)生附加變形電阻絲會產(chǎn)生附加變形, 從而產(chǎn)從而產(chǎn)生附加電阻。生附加電阻。 28n設電阻絲和試件在溫度為設電阻絲和試件在溫度為 0 時的長度均為時的長度均為L0，它們的線膨脹系數(shù)分別為它

13、們的線膨脹系數(shù)分別為s和和g,若兩者不粘貼若兩者不粘貼, 則它們的長度分別為則它們的長度分別為: Ls= L0（1+st） Lg= L0（1+gt） 29當二者粘貼在一起當二者粘貼在一起時時, 電阻絲產(chǎn)生的附加變電阻絲產(chǎn)生的附加變形形L, 附加應變附加應變 和附加電阻變化和附加電阻變化R分別為分別為 L= Lg - Ls =（g-s）L0t =L/L0=（g-s）t R=K0 R0 =K0R0(g-s)t 30可得溫度變化引起的可得溫度變化引起的總電阻的變化總電阻的變化：00RRRRRtgKts)(0000()sKgt31折合成附加應變量應變折合成附加應變量應變 t , 有有 t是因為溫度變化

14、引起的測量誤差。是因為溫度變化引起的測量誤差。 0/()ttgsRRtKK消除這種誤差的溫度補償?shù)霓k法有：消除這種誤差的溫度補償?shù)霓k法有：32（1）應變片的自補償法：）應變片的自補償法：令令 ()gsk 33（2）線路補償法）線路補償法 ：將：將兩個參數(shù)相同的應變兩個參數(shù)相同的應變片貼在試件上，溫度片貼在試件上，溫度沒變化之前滿足電橋沒變化之前滿足電橋平衡條件平衡條件 R1=R2, R3=R4;溫度變化后仍溫度變化后仍滿足電橋平衡條件滿足電橋平衡條件:1122ttRRRR R1BR2R3R4U0UR1FF補償塊試件345.2.4 電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路n由于機械應變一般都很小

15、由于機械應變一般都很小, 要把微小應變引起的要把微小應變引起的微小電阻變化測量出來微小電阻變化測量出來, 需要有專用測量電路需要有專用測量電路, 通通常采用直流電橋和交流電橋。常采用直流電橋和交流電橋。 直流電橋直流電橋)(4332110RRRRRREU直流電橋平衡條件直流電橋平衡條件35當電橋平衡時當電橋平衡時, Uo=0, 則有：則有：4321RRRR設電橋為開路情況，設電橋為開路情況， 當產(chǎn)生應變時當產(chǎn)生應變時, 若應變片電阻變?nèi)魬兤娮枳兓癁榛癁镽, 其它橋臂固定不變其它橋臂固定不變, 電橋輸出電壓電橋輸出電壓Uo0, 則電則電橋不平衡輸出電壓為：橋不平衡輸出電壓為：31411011

16、23411234RR RRRUE()ERRRRR( RRR )( RR )4131412113RRRRERRR(1)(1)RRR 設橋臂比設橋臂比n = R2/R1, 并忽略分母中并忽略分母中R1/R11120)1 (RRnnEU2110)1 (nnERRUKU電壓靈敏度電壓靈敏度36分析n電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓, 供電電壓越高, 電橋電壓靈敏度越高, 但供電電壓的提高受到應變片允許功耗的限制, 所以要作適當選擇; n電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù), 恰當?shù)剡x擇橋臂比n的值, 保證電橋具有較高的電壓靈敏度。2110)1 (nnERRUKU電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度37由dKU

17、 /dn = 0 求KU的最大值, 得0)1 (132nndndKU求得n=1時, KU為最大值。這就是說, 在電橋電壓確定后, 當R1=R2=R3=R4時, 電橋電壓靈敏度最高, 此時有RREU104UEK438非線性誤差及其補償方法非線性誤差及其補償方法)1)(1 (11110nRRnRRnEU1120)1 (RRnnEU輸出電壓因略去分母中的輸出電壓因略去分母中的R1/R1項而得出的是理想項而得出的是理想值值, 而實際值計算應為而實際值計算應為311011234RRRUE()RRRRR11110001RRnRRUUU非線性誤差為非線性誤差為 L=39如果是四等臂電橋如果是四等臂電橋, R

18、1=R2=R3=R4, 則則11L11R2 RR12 R 對于一般應變片來說對于一般應變片來說, 所受應變所受應變通常在通常在510-3以以下下, 若取若取KU=2, 則則R1/R1=KU=0.01, 計算得非線性誤差計算得非線性誤差為為0.5%; 若若KU=130, =10-3時時, R1/R1=0.130, 則得到非線則得到非線性誤差為性誤差為6%, 故當非線性誤差不能滿足測量要求時故當非線性誤差不能滿足測量要求時, 必必須予以消除。須予以消除。 40采用差動電橋減小和克服非線性誤差采用差動電橋減小和克服非線性誤差拉應變拉應變R1+R1 壓應變壓應變 R2-R2101REU2R消除了非線性

19、誤差消除了非線性誤差靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍半橋半橋41101RUER靈敏度是單片的靈敏度是單片的4倍倍具有溫度補償具有溫度補償全橋全臂工作電橋全臂工作電橋425.2.5 應變片壓力傳感器應變片壓力傳感器應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)或靜態(tài)壓力。如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)態(tài)壓力。如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內(nèi)部的壓力變化等。動機內(nèi)部的壓力變化等。如下圖所示為膜片式壓力傳感器如下圖所示為膜片式壓力傳感器, 應變片貼在膜片內(nèi)應變片貼在膜片內(nèi)壁壁, 在壓力在壓力p作用下作用下, 膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生徑向應變徑

20、向應變r和切向應變和切向應變t, 表表達式分別為達式分別為: EhxRPr2228)3)(1 (32EhxRPt2228)(1 (3243應變應變變化變化圖圖應變片粘貼應變片粘貼44式中式中:p膜片上均勻分布的壓力膜片上均勻分布的壓力; R, h膜片的半徑和厚度膜片的半徑和厚度; x離圓心的徑向距離。離圓心的徑向距離。 由應力分布圖可知由應力分布圖可知, 膜片彈膜片彈性元件承受壓力性元件承受壓力p時時, 其應變其應變變化曲線的特點為變化曲線的特點為: 當當x=0時時, rmax=tmax；當當 x = R時時, t= 0, r=-2rmax。 455.3 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器 5.

21、3.1 壓電效應壓電效應 利用電介質受力變形，內(nèi)部產(chǎn)生的極化現(xiàn)象利用電介質受力變形，內(nèi)部產(chǎn)生的極化現(xiàn)象 去掉外力后，電荷消失后狀態(tài)復原去掉外力后，電荷消失后狀態(tài)復原 作用力相反，電荷極性也發(fā)生變化作用力相反，電荷極性也發(fā)生變化逆壓電效應：逆壓電效應：當在電介質的極化方向上施加電場時，這些電當在電介質的極化方向上施加電場時，這些電介質發(fā)生形變。（電致伸縮效應）介質發(fā)生形變。（電致伸縮效應）正壓電效應：正壓電效應：46壓電效應方程壓電效應方程T(3) ( )3Z(3)T6T4T11x(1)(2)2T2yT5應力應力T T1 1、T T2 2、T T3 3 軸向軸向正正應力應力（拉應力為正，壓應力為

22、負）（拉應力為正，壓應力為負） T4 T4、T5T5、T6T6 繞軸繞軸切切應力應力 (逆時針方向為正逆時針方向為正) 1 1、 2 2、 3 3 在垂在垂直于直于x y zx y z軸表面上的電荷軸表面上的電荷密度密度47jijiTd 單一應力作用下的壓電效應單一應力作用下的壓電效應dij為為j方向應力引起方向應力引起i面產(chǎn)生的電荷時的壓電常數(shù)面產(chǎn)生的電荷時的壓電常數(shù)單位：庫侖單位：庫侖/牛頓牛頓Tj 單位為帕單位為帕 i 庫侖庫侖/米米2單一作用力下的壓電效應有以下四種類型單一作用力下的壓電效應有以下四種類型48縱向壓電效應縱向壓電效應橫向壓電效應橫向壓電效應面切壓電效應面切壓電效應剪切壓

23、電效應剪切壓電效應i=jijj i3j i 3應力應力電荷面電荷面應力應力電荷面電荷面應力面應力面電荷面電荷面應力面應力面電荷面電荷面Ti為軸向應力（為軸向應力（T1T3）Ti為切向應力（為切向應力（T4T6）49在多應力下的壓電效應在多應力下的壓電效應) 3, 2, 1(61iTdjjijii電荷產(chǎn)生面電荷產(chǎn)生面i上的總電荷密度上的總電荷密度111213141516ij212223242526313233343536ddddddSXd ddddddSYddddddSZdij的可能值的可能值50iiiSQ jijijijjjSSFdSFTQ力力電荷轉換公式電荷轉換公式電荷產(chǎn)生面積電荷產(chǎn)生面積S

24、 Si i電荷量電荷量Q Qi i在在j方向方向受力面積受力面積Sj在在j方向受外力方向受外力Fj 51iiiijiFdQSSji ,對于縱向壓電效應對于縱向壓電效應對于橫向壓電效應對于橫向壓電效應jijijiSSFdQ ij525.3.2 壓電材料壓電材料類型：壓電晶體類型：壓電晶體(單晶體單晶體)如石英晶體如石英晶體壓電陶瓷壓電陶瓷(多晶多晶陶陶瓷瓷)新型壓電材料（壓電半導體和有機高分子）新型壓電材料（壓電半導體和有機高分子）1、石英晶體材料、石英晶體材料特點：特點：1）晶體各個方向的特性不相同）晶體各個方向的特性不相同2）Z軸方向沒有壓電效應軸方向沒有壓電效應3）X軸軸面壓電效應最強面壓

25、電效應最強 4）Y軸方向機械變形最大軸方向機械變形最大53石英晶體石英晶體 石英晶體化石英晶體化學式為學式為SiO2, 是是單晶體結構。圖單晶體結構。圖表示了天然結構表示了天然結構的石英晶體外形。的石英晶體外形。它是一個正六面它是一個正六面體。體。54Z軸為中軸（光軸）：光線沿該軸通過石英晶體無折射。軸為中軸（光軸）：光線沿該軸通過石英晶體無折射。x軸為電軸：壓電效應最強。軸為電軸：壓電效應最強。y軸為機械軸：在電場的作用下沿該軸產(chǎn)生機械變形最明顯。軸為機械軸：在電場的作用下沿該軸產(chǎn)生機械變形最明顯。55O Oy yz zx xm mm mm m111114ij1411dd0d00d 0000

26、d2d000000壓電常數(shù)矩陣壓電常數(shù)矩陣d11=2.3110-12 (C/N) d14=0.7410-12 (C/N)石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應56正常情況下石正常情況下石英體中正負電英體中正負電荷處于平衡，荷處于平衡，外部呈中性。外部呈中性。不受力不受力yxyx晶體在晶體在x方向受力方向受力晶體在晶體在y方向受力方向受力正負電荷產(chǎn)生移動，出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。正負電荷產(chǎn)生移動，出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。FyFyFxFx石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型57P1P2P3 當石英晶體當石英晶體未受外力作用時未受外力作用時, 正、負離子正好正、負離子正好分布在正六邊形分布

27、在正六邊形的頂角上的頂角上, 形成形成三個互成三個互成120夾角的電偶極矩夾角的電偶極矩P1、P2、P3。 如如圖圖 所示。所示。xy石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型58P1P2P3 當石英晶體當石英晶體受到沿受到沿x軸方向軸方向的壓力作用時的壓力作用時, 晶體沿晶體沿x方向將方向將產(chǎn)生壓縮變形產(chǎn)生壓縮變形, 正負離子的相正負離子的相對位置也隨之對位置也隨之變動。變動。xy石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型59P1P2P3 此時正此時正負電荷重心負電荷重心不 再 重 合不 再 重 合 , 電偶極矩在電偶極矩在x 方 向 上 的方 向 上 的分量由于分量由于P1的減小和的減小和P2、P3的增加而的

28、增加而不等于零不等于零xy石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型60P1P2P3+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - xy石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型61P1P2P3+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - 電偶極矩電偶極矩在在x方向上的方向上的分量由于分量由于P1的的減小和減小和P2、P3的增加而不等的增加而不等于零于零,在在x軸的軸的正方向出現(xiàn)正正方向出現(xiàn)正電荷電荷, 電偶極電偶極矩在矩在y方向上方向上的分量仍為零的分量仍為零, 不出現(xiàn)電荷。不出現(xiàn)電荷。xy石英晶體壓電模型石英晶體

29、壓電模型62P1P2P3xy當晶體受到沿當晶體受到沿y軸方向的壓軸方向的壓力作用時力作用時, 晶晶體的變形如圖體的變形如圖所示所示石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型63P1P2P3xy石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型64P1P2P3- - - - - - - - -+ + + + + + + +xy P1增大增大, P2、P3 減小。減小。 在在x軸上出現(xiàn)電軸上出現(xiàn)電荷荷, 它的極性它的極性為為x軸正向為軸正向為負電荷。負電荷。 在在y軸 方 向 上 不軸 方 向 上 不出 現(xiàn) 電 荷 。出 現(xiàn) 電 荷 。 石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型65n如果沿如果沿z軸方向施加作用力，因為晶體在軸方向施

30、加作用力，因為晶體在x方向和方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同，所以正負電荷重心方向所產(chǎn)生的形變完全相同，所以正負電荷重心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這表明沿保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸軸方向施加作用力，晶體不會產(chǎn)生壓電效應。方向施加作用力，晶體不會產(chǎn)生壓電效應。石英晶體壓電模型石英晶體壓電模型66 2、壓電陶瓷壓電陶瓷 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。 材料內(nèi)部材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇, 它有一定的極化方向它有一定的極化方向, 從而從而存在電場。存在電場。 在無外電場作用時在無外電場作用時, 電疇在

31、晶體中雜亂分布電疇在晶體中雜亂分布, 它們的極化效應被相互抵消它們的極化效應被相互抵消, 壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性因此原始的壓電陶瓷呈中性, 不具有壓電性質。不具有壓電性質。67壓電陶瓷壓電陶瓷極化處理后的人工多晶鐵電體極化處理后的人工多晶鐵電體伸長伸長剩余伸長剩余伸長極化前極化前極化時極化時極化后極化后電疇無序排列電疇無序排列電疇有序排列電疇有序排列電疇基本有序電疇基本有序68在陶瓷上施加外電場時在陶瓷上施加外電場時, 電疇的極化方向發(fā)生轉動電疇的極化方向發(fā)生轉動, 趨向于趨向于按外電場方向的排列按外電場方向的排列, 從而使材料得到極化。從而使

32、材料得到極化。外電場愈強外電場愈強, 就有更多的電疇更完全地轉向外電場方向。就有更多的電疇更完全地轉向外電場方向。 讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度, 即所有電即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時, 外電場去掉后外電場去掉后, 電疇的極化方向基本不變電疇的極化方向基本不變, 即剩余極化強度即剩余極化強度很大很大, 這時的材料才具有壓電特性。這時的材料才具有壓電特性。 壓電陶瓷壓電陶瓷69當陶瓷材料（當陶瓷材料（剩余極化很強剩余極化很強）受到外力作用時）受到外力作用時, 電疇的界限電疇的界限發(fā)生移動發(fā)

33、生移動, 電疇發(fā)生偏轉電疇發(fā)生偏轉, 從而引起剩余極化強度的變化從而引起剩余極化強度的變化, 因而因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。電荷量的大小與外力成正比關系電荷量的大小與外力成正比關系: q = d33 F 式中式中: d33 壓電陶瓷的壓電系數(shù)壓電陶瓷的壓電系數(shù); F作用力。作用力。壓電陶瓷的正壓電效應：壓電陶瓷的正壓電效應：70n壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多（約為石英的壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多（約為石英的50倍）倍）, 所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較

34、高。較高。n極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關度有關, 它的參數(shù)也隨時間變化它的參數(shù)也隨時間變化, 從而使其壓電特性減弱。從而使其壓電特性減弱。溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。 n目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛, 它是鈦酸鋇它是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（和鋯酸鉛（PbZrO3）組成，有較高的壓電系）組成，有較高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度。數(shù)和較高的工作溫度。71壓電常數(shù)：壓電常數(shù)：壓電效應強弱的參數(shù)，關系到壓電輸出壓電效應強弱的參數(shù)，關系到壓電輸出

35、 的靈敏度的靈敏度彈性系數(shù)：彈性系數(shù)：材料的彈性常數(shù)，決定著器件的固有頻材料的彈性常數(shù)，決定著器件的固有頻率的動態(tài)特性率的動態(tài)特性介電常數(shù)：介電常數(shù)：固有電容與介電常數(shù)有關固有電容與介電常數(shù)有關電阻：電阻：絕緣電阻，可減少電荷泄漏，改善低頻特性絕緣電阻，可減少電荷泄漏，改善低頻特性居里點：居里點：材料開始喪失壓電特性的溫度材料開始喪失壓電特性的溫度, 石英石英5733、壓電材料的主要特性：、壓電材料的主要特性：72hsCa5.3.3 壓電元件壓電元件1、等效電路、等效電路壓電元件的兩電極間形成一個電容壓電元件的兩電極間形成一個電容e壓電陶瓷或石英晶體的介電常數(shù)壓電陶瓷或石英晶體的介電常數(shù)s極板

36、面積極板面積h壓電元件厚度壓電元件厚度當受外力作用時，產(chǎn)生電荷當受外力作用時，產(chǎn)生電荷Q電荷等效：電荷等效：Q QC Ca aU Ua a電壓等效：電壓等效：aaCQu73QCaQ=CaUaUaaaCQU 電荷等效電路電荷等效電路電壓等效電路電壓等效電路當不受外力時當不受外力時Q Q0 0，UaUa0 02、壓電元件的串并聯(lián)壓電元件的串并聯(lián)多片壓電元件的組合多片壓電元件的組合74 1）串聯(lián)）串聯(lián)QQnUUnCCeee 串聯(lián)使壓電傳感器串聯(lián)使壓電傳感器時間常數(shù)時間常數(shù)減小，減小，電壓電壓靈敏度增大，適合于電壓輸出、高靈敏度增大，適合于電壓輸出、高頻信號測量場合。頻信號測量場合。2）并聯(lián)）并聯(lián)nQ

37、QUUnCCeee 并聯(lián)使壓電傳感器時間常數(shù)增大，并聯(lián)使壓電傳感器時間常數(shù)增大，電荷靈敏度增大，適合于電荷輸出、低電荷靈敏度增大，適合于電荷輸出、低頻信號測量場合。頻信號測量場合。 755.3.4 5.3.4 測量電路測量電路1、壓電傳感的等效電路壓電傳感的等效電路測量電路需接一個高輸入阻抗的前置放大電路。該放測量電路需接一個高輸入阻抗的前置放大電路。該放大器有電壓放大器和電荷放大器。大器有電壓放大器和電荷放大器。實際等效電路實際等效電路壓電元件的壓電元件的Ca,Ra,電纜的電纜的Cc前置放大器的前置放大器的Ri,Ci76CRUiaiiaicaRRRRRCCCC可簡化為可簡化為QjIdtdqi

38、定義電流定義電流2、電壓放大器電壓放大器IiUoUCRR1R277cjR11Z1R CjRiCQcjQjZIU01111電壓放大增益電壓放大增益121RRK輸出電壓輸出電壓iUKU0RC/ 10 78：電荷靈敏度：電荷靈敏度d jCKdFU0110FdQ因為因為所以轉換靈敏度所以轉換靈敏度具有一階高具有一階高通濾波特性通濾波特性 CKdFU0793、電荷放大器、電荷放大器Z2RF CFFRcjF11理想運放條件下，理想運放條件下，R R和和C C兩端電壓均為兩端電壓均為0 0，I I 全部流過全部流過Z Z2 2ff2C/RZ 80FFjFFRCRCdFUcjQjZIUF111001200輸出

39、電壓輸出電壓固有頻率固有頻率 FCdFU0也具有一階高通也具有一階高通濾濾波特性波特性靈敏度只與靈敏度只與CF有關有關81將被測量的變化轉化為電容量變化的一種傳感器。將被測量的變化轉化為電容量變化的一種傳感器。電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器5.4 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器82一、基本原理一、基本原理平行平面型電容dSc d dS S圖1-2-2S兩個極板相互覆蓋的面積d兩個極板間的距離 板間介質的介電常數(shù)83當極板間有多層介質時：當極板間有多層介質時：nndddSc 2211d dS Sd1d1d2d2圖1-2-3d1,d2,.分別是各層的厚度1, 2, .是各層的介電常數(shù)電容器并聯(lián)

40、84平行曲面型電容平行曲面型電容l2r2R圖 1-2-4)(rRL)/ln(2rRLc當rR3rrRLrrRrRLc2)(2當85按改變的參數(shù)：按改變的參數(shù)： 變極距、面積、介質變極距、面積、介質按被測位移量：按被測位移量： 線位移、角位移線位移、角位移按組成的方式：按組成的方式： 單一式、差動式單一式、差動式按極板的形狀：平行平面型、平行曲面型按極板的形狀：平行平面型、平行曲面型865.4.1 電容式傳感器工作原理與結構類型電容式傳感器工作原理與結構類型一、變極距型電容傳感器一、變極距型電容傳感器1.空氣介質變極距型（空氣介質變極距型（a單一式）單一式） 靈敏度靈敏度:000011)(ddd

41、dcccK 初始時初始時：00dSc 移動后移動后：0ScdddC87電容與極板的關系電容與極板的關系Cf（d） 不是線性關系不是線性關系000cd1dcd1d一般的變極板間距傳感器中一般的變極板間距傳感器中c20100pf d25200umd d2 210um10um主要應用于微位移的測量主要應用于微位移的測量C1C2Od1d2Cd圖1-2-6泰勒級數(shù)展開88當 時d1 d2300000cdddd1cdddd略去高次項00cdcd近似線性如果考慮二次項000cdd1cdd由此可得出非線性誤差2000ddd100%=100%ddd靈敏度000(cc ) c1Kdd89空氣介質變極距型（空氣介質

42、變極距型（b差動式差動式）ddc1c2x90移動后兩極板的電容分別為：移動后兩極板的電容分別為：01000011SS ddccdddd d02000011SS ddccdddd d則差動電容：02121ddcccc 91當 時d1 d2310000dddcc1ddd2320000dddcc1-ddd35120000dddCccc222ddd240000Cddd21Cddd由此可得出非線性誤差32000d2dd100%=100%dd2d非線性誤差降低靈敏度提高靈敏度提高922.雙層介質變極距型（雙層介質變極距型（加云母或塑料膜以防電壓的擊穿加云母或塑料膜以防電壓的擊穿）S Sd2d2d1d1rd

43、dSc 2100 r r固體介質的固體介質的相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)圖1-2-71200121dddrSccdddn 單一式：1221212ccdnccdd差動式：1212rddndd式中93二、變面積型電容傳感器二、變面積型電容傳感器1.線位移式變面積型線位移式變面積型00blcd初始時：001lccl移動后：00clcl相對變化：001c ckll靈敏度：ll0db定極板定極板動極板動極板圖1-2-8輸出特性為線性942. 角位移式變面積型（角位移式變面積型（差動結構）952. 角位移式變面積型（角位移式變面積型（差動結構）96初始時：02202222000 drRdrRCCCBCACd為

44、極間距離，動極板轉動為極間距離，動極板轉動后后0011 cc0012cc02112 cccc則：97柱面板變面積型rR0OACBl98初始時：初始時：0000 rRlrCCCBCACd為極間距離，動極板轉動為極間距離，動極板轉動后后0011 cc0012cc02112 cccc則：同理：99三、變介質型電容傳感器三、變介質型電容傳感器 測位移測位移, 濕度濕度,厚度厚度llld0 線位移式變介質差動結構001202rlbcccd1200141rrlcccccl 1212121rrcclccl或初始時：初始時：l偏離時：100n變介質型電容傳感器有較多的結構型式, 可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的

45、厚度, 也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導電固體介質的濕度。101四、等效電路分析：四、等效電路分析：電容器的損耗電容器的損耗ABLRSRPC Rp極板間泄漏電阻與介質損耗極板間泄漏電阻與介質損耗RS 引線電阻（高頻）引線電阻（高頻） L 電容器本身和外部引線電感（高頻）電容器本身和外部引線電感（高頻）102有效電容211:1eeeCj Lj Cj CCCLC電容的實際相對變化量：2/1CC CCLC1035.4.2 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路n電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小, 這樣微小的電容量還不能直接為目前的

46、顯示儀表所顯這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示示, 也很難為記錄儀所接受也很難為記錄儀所接受, 不便于傳輸。不便于傳輸。n電容轉換電路有調頻電路、運算放大器式電路、二極電容轉換電路有調頻電路、運算放大器式電路、二極管雙管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路等。型交流電橋、脈沖寬度調制電路等。104調頻測量電路調頻測量電路n調頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路調頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當輸入量導致電容量發(fā)生變化時的一部分。當輸入量導致電容量發(fā)生變化時, 振蕩振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。器的振蕩頻率就發(fā)生變化。21)(21LCf105n調頻電容傳感器測

47、量電路具有較高靈敏度調頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度, 可可以測至以測至0.01 m級位移變化量。頻率輸出易于級位移變化量。頻率輸出易于用數(shù)字儀器測量和與計算機通訊用數(shù)字儀器測量和與計算機通訊, 抗干擾能力抗干擾能力強強, 可以發(fā)送、接收以實現(xiàn)遙測遙控?？梢园l(fā)送、接收以實現(xiàn)遙測遙控。ffLcccf021021)(21106運算放大器式電路運算放大器式電路107n運算放大器的放大倍數(shù)運算放大器的放大倍數(shù)K非常大非常大, 而且輸入阻抗而且輸入阻抗Zi很高。很高。運算放大器的這一特點可以使其作為電容式傳感器的運算放大器的這一特點可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測量電路。比較理想的測量電路。n

48、如果傳感器是一只平板電容如果傳感器是一只平板電容, 則則Cx =A/d, 則有則有dAcUUi0運算放大器的輸出電壓與極板間距離運算放大器的輸出電壓與極板間距離 d 呈線性關系呈線性關系108二極管雙二極管雙T型交流電橋型交流電橋差動電容傳感器差動電容傳感器高頻電源高頻電源(對稱方波對稱方波)R1 = R2 = RVD1、VD2特性相同特性相同109當當e為正半周時為正半周時, 二極管二極管VD1導通、導通、VD2截止截止110當當e為負半周時為負半周時, 二極管二極管VD2導通、導通、VD1截止截止111其輸出在一個周期內(nèi)的平均值為其輸出在一個周期內(nèi)的平均值為)()()2(212ccfURR

49、RRRRiLLLTRIULL10dttItIT)()(201LR)(21ccfMUi電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關,與與T型網(wǎng)型網(wǎng)絡中的電容絡中的電容C1和和C2的差值有關。的差值有關。1125.4.3 應用1.電容壓力傳感器電容壓力傳感器當壓力當壓力P1、P2變變化時，膜片化時，膜片3-和金屬層和金屬層2組成差動電容發(fā)生變組成差動電容發(fā)生變化，且與壓差化，且與壓差pP1-P2成正比。成正比。1132.電容轉速傳感器結構電容轉速傳感器結構1-齒輪齒輪 2-定極板定極板 3-電容傳感器電容傳感器 4-頻率計頻率計 電容傳感器產(chǎn)生周期電容傳感器產(chǎn)生周期電信號，經(jīng)測

50、量電路轉換電信號，經(jīng)測量電路轉換成脈沖信號，用頻率計顯成脈沖信號，用頻率計顯示齒輪轉速。示齒輪轉速。1143. 差動式電容加速度傳感器差動式電容加速度傳感器1115 當傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速當傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速運動時運動時, 質量塊在慣性空間中相對靜止質量塊在慣性空間中相對靜止, 而兩個固定電極而兩個固定電極將相對質量塊在垂直方向上產(chǎn)生大小正比于被測加速度將相對質量塊在垂直方向上產(chǎn)生大小正比于被測加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化, 一個增加一個增加, 一一個減小個減小, 從而使從而使C1、 C2產(chǎn)生大小相

51、等、符號相反的增量產(chǎn)生大小相等、符號相反的增量, 此增量正比于被測加速度。此增量正比于被測加速度。 電容式加速度傳感器的主要特點是頻率響應快和量電容式加速度傳感器的主要特點是頻率響應快和量程范圍大程范圍大, 大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質。大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質。116電容式料位傳感器電容式料位傳感器測定電極安裝在測定電極安裝在罐的頂部罐的頂部,這樣在這樣在罐壁和測定電極罐壁和測定電極之間就形成了一之間就形成了一個電容器。個電容器。 117 當罐內(nèi)放入被測物料時當罐內(nèi)放入被測物料時, 由于被測物料介電常數(shù)的影由于被測物料介電常數(shù)的影響響, 傳感器的電容量將發(fā)生變化傳感器的電容量將發(fā)

52、生變化, 電容量變化的大小與被電容量變化的大小與被測物料在罐內(nèi)高度有關測物料在罐內(nèi)高度有關, 且成比例變化。檢測出這種電容且成比例變化。檢測出這種電容量的變化就可測定物料在罐內(nèi)的高度。量的變化就可測定物料在罐內(nèi)的高度。 傳感器的靜電電容可由下式表示傳感器的靜電電容可由下式表示:dDhkcsln)(0式中式中: k比例常數(shù)比例常數(shù); s被測物料的相對介電常數(shù)被測物料的相對介電常數(shù); 0空氣的相對介電常數(shù)空氣的相對介電常數(shù); 118 D儲罐的內(nèi)徑儲罐的內(nèi)徑; d測定電極的直徑測定電極的直徑; h被測物料的高度。被測物料的高度。 假定罐內(nèi)沒有物料時的傳感器靜電電容為假定罐內(nèi)沒有物料時的傳感器靜電電容

53、為C0, 放入放入物料后傳感器靜電電容為物料后傳感器靜電電容為C1, 則兩者電容差為則兩者電容差為C = C1 - C0 兩種介質常數(shù)差別越大兩種介質常數(shù)差別越大, 極徑極徑D與與d相差愈小相差愈小, 傳感器靈傳感器靈敏度就愈高。敏度就愈高。 1195.5 霍爾式壓力計霍爾式壓力計n霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器?；魻杺鞲衅魇腔诨魻栃囊环N傳感器。n1879年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應發(fā)現(xiàn)了霍爾效應, 但由于金屬材料的霍爾效應但由于金屬材料的霍爾效應太弱而沒有得到應用。太弱而沒有得到應用。n隨著半導體技術的發(fā)展隨著半導體技術的發(fā)展

54、, 開始用半導體材料制開始用半導體材料制成霍爾元件成霍爾元件, 由于它的霍爾效應顯著而得到應由于它的霍爾效應顯著而得到應用和發(fā)展。用和發(fā)展。 n霍爾傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、霍爾傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量。振動等方面的測量。120半導體薄片半導體薄片 + + 磁場磁場B + B + 電流電流I I電動勢電動勢EE(B,I)E(B,I)1、霍爾效應、霍爾效應 置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種

55、現(xiàn)和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢。象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢。121（洛倫茲力）（洛倫茲力）e電子電荷量電子電荷量v電子速度電子速度B磁感應強度磁感應強度evBfL（電場力）（電場力）E EH H 靜電場強度靜電場強度HEeEf vBEffHEL電荷累積達到動態(tài)平衡時電荷累積達到動態(tài)平衡時122流過基片的電流稱激勵電流或控制電流：流過基片的電流稱激勵電流或控制電流：I=nevbd nN型半導體載流子型半導體載流子(電子電子)濃度濃度I=pevbd pP型半導體載流子型半導體載流子(空穴空穴)濃度濃度 bd與電流方向垂直的截面積與電流方向垂直的截面積

56、霍爾電勢：霍爾電勢：)()(型型半半導導體體型型半半導導體體PIBKdIBRpedIBbvBbEUNIBKdIBRnedIBbvBbEUHHHHHHHH其中：其中：RH 1/ne(N型半導體型半導體）霍爾常數(shù)霍爾常數(shù) 1/pe(P型半導體）型半導體） KH RH/d霍爾片靈敏度霍爾片靈敏度為提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀為提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀123霍爾元件激勵極間電阻霍爾元件激勵極間電阻(N(N型半導體）型半導體）L/bd RU/I=EL/I=vL/nevbd其中：其中：v/E電子遷移率電子遷移率neRnebdLbdLH1金屬金屬半導體半導體絕緣體絕緣體電阻率電阻率小小大大大

57、大載流子遷移率載流子遷移率高高高高低低目前常用霍爾元件材料：鍺、硅、砷化銦、銻化銦目前常用霍爾元件材料：鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導體材料。等半導體材料。1242、霍爾元件、霍爾元件(1) 基本結構基本結構霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成。1、1 引線（激勵引線（激勵/控制電極）施加激勵電源或電流控制電極）施加激勵電源或電流2、2 引線（霍爾電極）為霍爾輸出引線。引線（霍爾電極）為霍爾輸出引線。125 額定激勵電流額定激勵電流霍爾元件自身溫升霍爾元件自身溫升100所流過的激勵電流所流過的激勵電流 最大允許激勵電流最大允許激勵電流霍爾元件允許最大溫升對應

58、的激勵電流?；魻栐试S最大溫升對應的激勵電流。 輸入電阻輸入電阻霍爾元件激勵電極間的電阻值；霍爾元件激勵電極間的電阻值； 輸出電阻輸出電阻霍爾電極輸出電勢對外等效為電壓源，其內(nèi)阻值霍爾電極輸出電勢對外等效為電壓源，其內(nèi)阻值測量條件：測量條件：B=0B=0，t t202055 不等位電勢不等位電勢理想條件理想條件I=0，B0UH0；實際上，；實際上，UH0(2) 基本特性基本特性 寄生直流電勢寄生直流電勢B0，I為交流時，交流為交流時，交流UH直流電勢直流電勢e。 原因：激勵電極和霍爾電極接觸不良，造成整流現(xiàn)象；原因：激勵電極和霍爾電極接觸不良，造成整流現(xiàn)象； 霍爾電極大小不對稱，熱容不同，散

59、熱不同形成溫差電勢霍爾電極大小不對稱，熱容不同，散熱不同形成溫差電勢IBKUHH126不等位電壓不等位電壓U U0 0R0ADCBU +UH0I霍爾電極裝在不同等位面上，產(chǎn)生不等位電壓霍爾電極裝在不同等位面上，產(chǎn)生不等位電壓U U0 0霍爾元件的不均勻電阻率或厚度也會產(chǎn)不等位電壓霍爾元件的不均勻電阻率或厚度也會產(chǎn)不等位電壓(3) 不等位電勢補償不等位電勢補償激勵電極接觸不良造成激勵電流分布不均勻激勵電極接觸不良造成激勵電流分布不均勻127電橋補償辦法電橋補償辦法 將霍爾元件看成四臂電橋，不將霍爾元件看成四臂電橋，不等位電壓相當于電橋不滿足平衡條等位電壓相當于電橋不滿足平衡條件下的不平衡輸出電壓

60、，因而可以件下的不平衡輸出電壓，因而可以外接電阻以補償其橋路的不平衡輸外接電阻以補償其橋路的不平衡輸出。出。 不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量級，有時甚至超過之，在使用中要消除不等位電勢是困難的，為此必須采用過之，在使用中要消除不等位電勢是困難的，為此必須采用補償方法。補償方法。128 霍爾元件由半導體構成，許多參數(shù)具有較大溫度霍爾元件由半導體構成，許多參數(shù)具有較大溫度系數(shù)。當溫度發(fā)生改變時，其載流子濃度、遷移率、系數(shù)。當溫度發(fā)生改變時，其載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都隨溫度變化，產(chǎn)生溫度誤差。電阻率及霍爾系數(shù)都隨溫度變化，產(chǎn)生溫度誤差