第五章電阻傳感器

電阻式傳感器的原理及應(yīng)用，包括電阻應(yīng)變片、測(cè)溫?zé)犭娮?、氣敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等。主要?nèi)容1.電阻應(yīng)變傳感器

第一節(jié)電阻應(yīng)變傳感器1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

由全微分可知：1.電阻應(yīng)變傳感器

電阻的相對(duì)變化率與軸向應(yīng)變的線(xiàn)性關(guān)系電阻應(yīng)變片的靈敏度縱（軸）向應(yīng)變橫（徑）向應(yīng)變泊松比壓阻系數(shù)彈性模量1.電阻應(yīng)變傳感器

電阻應(yīng)變片的靈敏度1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

應(yīng)變片的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)：1.電阻應(yīng)變傳感器

應(yīng)變片的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)：1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

1.電阻應(yīng)變傳感器

2測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（電橋）

電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測(cè)量電路。其輸出既可用指示儀表直接測(cè)量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。由于橋式測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測(cè)試裝置中得到了廣泛應(yīng)用。與其他測(cè)試裝置的分類(lèi)一樣，電橋亦有不同的分類(lèi)方式：按照激勵(lì)電源的性質(zhì)可分為直流電橋與交流電橋；按照橋臂阻抗性質(zhì)又可分為電阻電橋、電容電橋和電感電橋。2.1直流電橋

1、直流電橋的平衡條件●平衡條件2.1直流電橋

1、直流電橋的平衡條件2.靈敏度在平衡情況下，若電阻變化，則電橋的輸出電壓為令當(dāng)時(shí)，靈敏度達(dá)到最大值。這時(shí)對(duì)于一定的值，得到最大的輸出電壓。顯然，滿(mǎn)足的條件為（對(duì)稱(chēng)電橋）或（等臂電橋）。在設(shè)計(jì)電橋時(shí)，一般取2.1直流電橋

3.電橋接法與輸出特性

在機(jī)械測(cè)試技術(shù)中，一般根據(jù)工作中電阻值參與變化的橋臂數(shù)可分為半橋式與全橋式連接。2.1直流電橋

（1）半橋單臂

工作中有一個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)的量而變化，2.1直流電橋

（2）半橋雙臂（差動(dòng)電橋）工作中有兩個(gè)橋臂阻值隨被測(cè)物理量變化，而且必須一個(gè)增大一個(gè)減小，即，所以也稱(chēng)為差動(dòng)電橋。。

2.1直流電橋

（3）全橋工作中四個(gè)橋臂電阻值都隨被測(cè)物理量而變化，即2.1直流電橋

4電橋用于應(yīng)變片傳感器的溫度補(bǔ)償2.1直流電橋

交流電橋主要用于動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量和輸出需要放大的場(chǎng)合，如廣泛使用的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀就采用此種電橋。因?yàn)殡姌蜉敵龀＝臃糯笃?，故在分析中只需研究開(kāi)路輸出時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。2.2交流電橋

1.交流電橋的平衡條件

交流電橋的激勵(lì)電壓采用交流，電橋的四個(gè)臂可以是電感、電容或電阻，用復(fù)阻抗表示

而且輸入電壓與輸出電壓分別用復(fù)數(shù)與表示，那么根據(jù)對(duì)直流電橋的討論可以得到2.2交流電橋

1.交流電橋的平衡條件所以

此式表明，交流電橋平衡必須同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件，即相對(duì)兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，相對(duì)兩臂阻抗角之和也必須相等。2.2交流電橋

2.電容電橋、電感電橋的平衡阻抗平衡條件為欲使復(fù)數(shù)相等，實(shí)部與虛部應(yīng)分別相等，即由此可知，要使電容電橋平衡，必須同時(shí)調(diào)節(jié)電阻和電容兩個(gè)參數(shù)，使它們分別達(dá)到平衡2.2交流電橋

2.電容電橋、電感電橋的平衡電橋平衡條件應(yīng)為要使電感電橋平衡，除要考慮相位平衡外，還要保證電阻和電感分別達(dá)到平衡。

2.2交流電橋

3.電阻交流電橋的平衡電橋各橋臂阻抗分別為電橋平衡時(shí)滿(mǎn)足所以2.2交流電橋

3運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器本質(zhì)上是一個(gè)高增益的負(fù)反饋直流放大器。加上外部反饋網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除、微分和積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算，還可以與其它外設(shè)電路組成測(cè)試系統(tǒng)中常用的差動(dòng)放大器、電橋放大器、電荷放大器、壓頻變換器、有源濾波器以及交流放大器等測(cè)試裝置。3.1運(yùn)算放大器的符號(hào)及特點(diǎn)

集成運(yùn)算放大器具有開(kāi)環(huán)電壓增益高、輸入阻抗高、輸出阻抗低、漂移小、可靠性高、體積小等主要特點(diǎn)，所以它已成為一種通用器件，在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中得到了十分廣泛而靈活的應(yīng)用。具有理想?yún)?shù)的運(yùn)算放大器叫理想運(yùn)算放大器。特點(diǎn)這就是說(shuō)反相輸入端的電位接近于“地”電位，它是一個(gè)不接“地”的接“地”端，通常稱(chēng)為“虛地”。3.2理想運(yùn)算放大器

電壓增益:1)反相放大器

反饋電阻RF值不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源Ui的內(nèi)阻。煙霧報(bào)警器酒精傳感器二氧化碳傳感器3.2運(yùn)算放大器

同相放大器也是最基本的電路，其閉環(huán)電壓增益Av為:2)同相放大器

同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點(diǎn)，廣泛用于前置放大級(jí)。

3.2運(yùn)算放大器

2交流放大電路

R1一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來(lái)確定。

若只需要放大交流信號(hào)，可采用圖示的集成運(yùn)放交流電壓同相放大器。其中電容C1、C2及C3為隔直電容。

3.2運(yùn)算放大器

1.差動(dòng)放大器

差動(dòng)放大器就是用來(lái)放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)的，它的兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入。因?yàn)楫?dāng)?shù)?.3測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器可見(jiàn)輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比。當(dāng)時(shí)，則得差動(dòng)放大器被廣泛地應(yīng)用于測(cè)試和控制系統(tǒng)中，形成了一個(gè)專(zhuān)用測(cè)量放大器領(lǐng)域。1.差動(dòng)放大器3.3測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器2.測(cè)量放大器

三運(yùn)放差動(dòng)放大器通常也稱(chēng)為測(cè)量放大器，或稱(chēng)儀用放大器。

3.3測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器儀用放大器優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高；共模抑制比高；放大倍數(shù)容易調(diào)整。3.電橋放大器

與差動(dòng)放大器一樣，直流電橋放大器也是用于在大的共模信號(hào)下測(cè)量來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)，而且差動(dòng)電橋也具有抑制共模信號(hào)的能力。3.3

測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器圖電橋放大器加在放大器兩個(gè)輸入端的電壓信號(hào)分別為若電橋?yàn)槿缺矍覟榘霕螂p臂接法（差動(dòng)電橋），即則那么3.電橋放大器3.3

測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器3.電橋放大器令則由上式易見(jiàn)，輸出電壓與橋臂電阻有關(guān)為了排除的影響，可采用右圖的接法將電橋電源浮置，則其輸出電壓為圖電橋電源浮置的電橋放大器3.3測(cè)試裝置中幾種常見(jiàn)的運(yùn)算放大器4典型應(yīng)變片的原理及應(yīng)用4典型應(yīng)變片的原理及應(yīng)用4典型應(yīng)變片的原理及應(yīng)用第二節(jié)測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅鳒y(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘贌犭娮韬桶雽?dǎo)體熱電阻（Thermistor,熱敏電阻）兩大類(lèi)鉑的特性近于線(xiàn)性，性能穩(wěn)定，精度高，可作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置。NTC必須在低電壓源或在接近所謂的零功率下使用。除了作為測(cè)溫控溫元件，還可用作其它用途：延時(shí)開(kāi)關(guān)、浪涌保護(hù)元件、溫度補(bǔ)償元件等。典型的PTC熱敏電阻通常是在鈦酸鋇中參入其它金屬離子，以改變其溫度系數(shù)和臨界點(diǎn)溫度。PTC熱敏電阻當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電阻值急劇上升，電流減小。熱敏電阻的測(cè)量電路多采用橋路。調(diào)試電橋電路時(shí)，必須先調(diào)零（位），再調(diào)滿(mǎn)度，最后再驗(yàn)證刻度盤(pán)中其它各點(diǎn)的誤差是否在允許的范圍內(nèi)。（標(biāo)定）熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例第三節(jié)