電阻式傳感器原理與應(yīng)用

1變阻器式傳感器工作原理電阻式傳感器23測量電路4金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)(a)絲式(b)箔式電阻應(yīng)變式傳感器

工作原理

1)金屬電阻應(yīng)變片51)金屬電阻應(yīng)變片假設(shè)一根長度為L橫截面積為A電阻率為ρ，則電阻R為當(dāng)受到應(yīng)變作用，L、A和ρ都會發(fā)生變化，使得R產(chǎn)生的相對變化為設(shè)金屬的截面半徑為r,則有6根據(jù)材料力學(xué)理論，對于受拉壓得圓桿有其中：ε---所承受的應(yīng)變

μ---材料的泊松比

σ---軸向應(yīng)力

λ---材料的壓阻系數(shù) E---材料的彈性模量

帶入原式有體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1—引線；2—半導(dǎo)體片；3—基片2)半導(dǎo)體應(yīng)變片8薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1—鍺膜；2—絕緣層；3—金屬箔基底；4—引線擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)1—N型硅；2—P型硅擴散層；3—二氧化硅絕緣層；4—鋁電極；5—引線測量電路直流電橋電路

(1)平衡條件直流電橋電路10當(dāng)R無限大時，電橋有輸出電壓L如果R為應(yīng)變片電阻，初始時應(yīng)變片未受應(yīng)變，電橋處于平衡狀態(tài)1此時U=0電橋處于平衡條件0當(dāng)電橋R承受應(yīng)變產(chǎn)生?R的變化時，輸出電壓為11假設(shè)

略去分母中微量則有

非線性誤差的補償方法

減少和消除非線性誤差的方法，有如下幾種：（1）采用差動電橋（2）提高橋臂比半差動電橋

在同一試件上分別粘貼兩只應(yīng)變片，一只感受拉力，一只感受壓力，兩者符號相反，大小相等。

半差動電橋不僅能消除非線性誤差，而且可使得電壓靈敏度比使用單應(yīng)變片時提高一倍，同時還可起到溫度補償作用。13全差動電橋電路

若是在同一試件上分別粘貼四片應(yīng)變片，其中兩片受拉力，兩片受壓力將兩個應(yīng)變符號相同的應(yīng)變片接在相同的橋臂上，則構(gòu)成全差動電橋。

采用全差動電橋的輸出電壓是用單應(yīng)變片工作電橋靈敏度的四倍，是半差動電橋的兩倍。14汽車上的電阻式傳感器主要有翼片式空氣流量計、節(jié)氣門位置傳感器、半導(dǎo)體壓阻式進氣壓力傳感器、加速踏板位置傳感器、安全氣囊中央碰撞傳感器、可變電阻式液位傳感器等。電阻式傳感器在汽車上的應(yīng)用15幾種電阻應(yīng)變式傳感器的原理示意圖(a)位移傳感器(b)加速度傳感器(c)力傳感器(d)扭矩傳感器(e)壓力傳感器16翼片式空氣流量計圖4.16

翼片式空氣流量計的結(jié)構(gòu)17圖4.19

翼片式空氣流量計電路原理圖4.20

翼片式空氣流量計的工作原理18線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)與輸出特性(a)結(jié)構(gòu)組成(b)輸出特性線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器與ECU的連接19壓阻式進氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)壓阻式進氣壓力傳感器的工作原理20加速踏板位置傳感器的電路與輸出特性1—傳感器可調(diào)范圍；2—控制使用范圍；3—全閉；4—全開2