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

電阻的相對變化率與軸向應(yīng)變的線性關(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)變片的類型與結(jié)構(gòu)：1.電阻應(yīng)變傳感器

應(yīng)變片的類型與結(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測量電路。其輸出既可用指示儀表直接測量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。由于橋式測量電路結(jié)構(gòu)簡單，并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測試裝置中得到了廣泛應(yīng)用。與其他測試裝置的分類一樣，電橋亦有不同的分類方式：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)對于一定的值，得到最大的輸出電壓。顯然，滿足的條件為（對稱電橋）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)橋臂阻值隨被測的量而變化，2.1直流電橋

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

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態(tài)信號的測量和輸出需要放大的場合，如廣泛使用的動態(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路輸出時(shí)的動態(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)滿足兩個(gè)條件，即相對兩臂阻抗之模的乘積應(yīng)相等，相對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)電路組成測試系統(tǒng)中常用的差動放大器、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試裝置。3.1運(yùn)算放大器的符號及特點(diǎn)

集成運(yùn)算放大器具有開環(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。

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來確定。

若只需要放大交流信號，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.差動放大器

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

三運(yùn)放差動放大器通常也稱為測量放大器，或稱儀用放大器。

3.3測試裝置中幾種常見的運(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

與差動放大器一樣，直流電橋放大器也是用于在大的共模信號下測量來自傳感器的微弱信號，而且差動電橋也具有抑制共模信號的能力。3.3

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

測試裝置中幾種常見的運(yùn)算放大器3.電橋放大器令則由上式易見，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測試裝置中幾種常見的運(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)測溫?zé)犭娮鑲鞲衅鳒y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）兩大類鉑的特性近于線性，性能穩(wěn)定，精度高，可作標(biāo)準(zhǔn)測溫裝置。NTC必須在低電壓源或在接近所謂的零功率下使用。除了作為測溫控溫元件，還可用作其它用途：延時(shí)開關(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)滿度，最后再驗(yàn)證刻度盤中其它各點(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)