1、1 4:15:16 n2.1 應變式傳感器 n2.2 壓阻式傳感器 第第2章章 電阻式傳感器原理與應用電阻式傳感器原理與應用 2 4:15:16 電阻式傳感器概述電阻式傳感器概述 n電阻式傳感器的基本原理電阻式傳感器的基本原理 就是將被測的非電量轉化成電阻值的變化，再經就是將被測的非電量轉化成電阻值的變化，再經 過轉換電路變成電量輸出。根據傳感器組成材料變過轉換電路變成電量輸出。根據傳感器組成材料變 化或傳感器原理變化，產生了各種各樣的電阻式傳化或傳感器原理變化，產生了各種各樣的電阻式傳 感器，主要包括應變式傳感器和壓阻式傳感器。感器，主要包括應變式傳感器和壓阻式傳感器。 n優點：優點：結構簡

2、單，體積小，使用方便，性能穩定，結構簡單，體積小，使用方便，性能穩定， 靈敏度高，動態響應快等。靈敏度高，動態響應快等。 n應用范圍：應用范圍：測量力、壓力、位移、應變、加速度和測量力、壓力、位移、應變、加速度和 溫度等非電量參數。溫度等非電量參數。 3 4:15:16 2.12.1 應變式傳感器應變式傳感器 n利用電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器利用電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器 n工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元彈性元 件件在力、力矩或壓力等的作用下發生變形，產生相應在力、力矩或壓力等的作用下發生變形，產生相應 的應變

3、或位移，然后傳遞給與之相連的的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片應變片，引起，引起 應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。 輸出的電量大小反映被測量的大小。輸出的電量大小反映被測量的大小。 n結構：應變式傳感器由結構：應變式傳感器由彈性元件彈性元件上粘貼上粘貼電阻應變片電阻應變片構構 成成 n應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參 數的測量數的測量 4 4:15:16 2.1.1 2.1.1 工作原理工作原理 2.1.2 2.1.2 金屬應變片的主要特性金屬應變片的主要特性 2.1.

4、3 2.1.3 測量電路測量電路 2.1.4 2.1.4 應變式傳感器應用應變式傳感器應用 5 4:15:16 2.1.1 2.1.1 工作原理工作原理 1.1.幾個概念幾個概念 應變應變：物體在外部壓力或拉力的作用下發生形變的現：物體在外部壓力或拉力的作用下發生形變的現 象。象。 彈性形變彈性形變：當外力除去后，物體能夠完全恢復其原來：當外力除去后，物體能夠完全恢復其原來 尺寸和形狀的應變。尺寸和形狀的應變。 彈性元件彈性元件：具有彈性應變特性的物體。：具有彈性應變特性的物體。 應變式傳感器應變式傳感器：利用應變片將應變轉換為電阻變化的：利用應變片將應變轉換為電阻變化的 傳感器。傳感器。 6

5、 4:15:16 2.2.金屬的電阻應變效應金屬的電阻應變效應 電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。 應變效應：應變效應： 即即導體導體或或半導體半導體材料在外界力的作用下產生機械材料在外界力的作用下產生機械 變形時，其電阻值相應發生變化，變形時，其電阻值相應發生變化， 這種現象稱為這種現象稱為“應應 變效應變效應”。 金屬的應變效應：金屬的應變效應： 金屬絲的電阻隨著它所受的機械形變（拉力或壓金屬絲的電阻隨著它所受的機械形變（拉力或壓 縮）的大小而發生相應變化的現象。縮）的大小而發生相應變化的現象。 7 4:15:16 如圖如圖2-1所示，一根

6、金屬電阻絲所示，一根金屬電阻絲, 在其未受力時在其未受力時, 原始電原始電 阻值為：阻值為： S l R 式中式中: 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; S電阻絲的截面積。電阻絲的截面積。 圖2-1 金屬電阻絲應變效應 8 4:15:17 S S l l R R 由材料力學可知，在彈性范圍內，由材料力學可知，在彈性范圍內， Errll/,/,/ )21 (E R R 為導體的縱向應變，其數值一為導體的縱向應變，其數值一 般很小，常以微應變度量；般很小，常以微應變度量； 電阻的相對變化量為：電阻的相對變化量為： 為電阻絲材料的泊松比，一般金屬為電阻絲材料的泊松比，一般金

7、屬=0.30.5； 為壓阻系數，與材質有關；為壓阻系數，與材質有關；E為材料的彈性模量；為材料的彈性模量； 為應力值；為應力值； 9 4:15:17 金屬材料的電阻靈敏系數：金屬材料的電阻靈敏系數： 21 0 RR k 21 ) / ( 0 k 材料的幾何尺寸變化引起的材料的幾何尺寸變化引起的 材料的電阻率材料的電阻率隨應變引起的隨應變引起的 u 金屬材料：金屬材料：k0以前者為主，則以前者為主，則k01+2=1.73.6 大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內，大量實驗證明，在電阻絲拉伸極限內， 電阻的相對電阻的相對 變化與應變成正比，即變化與應變成正比，即K0為常數。為常數。 0 21k R R

8、 10 4:15:17 3. 應變片的基本結構與種類應變片的基本結構與種類 n敏感柵敏感柵 直徑為直徑為0.025mm左右的合金電阻絲左右的合金電阻絲 n絲繞式絲繞式 基基 底底絕緣絕緣 n 覆蓋層覆蓋層 保護保護 位移、力、力矩、加速度、壓力位移、力、力矩、加速度、壓力 彈性敏彈性敏 感元件感元件 應變應變 外力作用外力作用 被測對象表面產生微小機械變形被測對象表面產生微小機械變形 應變片敏感柵隨同變形應變片敏感柵隨同變形 電阻值發生相應變化電阻值發生相應變化 應變片應變片 11 4:15:17 應變片的類型和材料應變片的類型和材料 n金屬金屬絲式絲式 n金屬金屬箔式箔式 n金屬金屬薄膜式薄

9、膜式 12 4:15:17 金屬絲式應變片金屬絲式應變片 金屬電阻絲應變片的基本結構金屬電阻絲應變片的基本結構 1-基片；基片；2-電阻絲；電阻絲；3-覆蓋層；覆蓋層；4-引出線引出線 13 4:15:17 金屬箔式應變片 優點優點 ： （1）尺寸準確，線條均勻，適應不同的測量要求，尺寸準確，線條均勻，適應不同的測量要求， （2）可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵）可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵 （3）與被測試件接觸面積大，粘結性能好。）與被測試件接觸面積大，粘結性能好。 散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。散熱條件好，允許電流大，靈敏度提高。 （4）橫向效應可以忽略。）橫向效應可以忽略。

10、 （5）蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。）蠕變、機械滯后小，疲勞壽命長。 14 4:15:17 金屬薄膜應變片金屬薄膜應變片 n采用真空蒸鍍或真空沉積等方法在薄的絕緣基片采用真空蒸鍍或真空沉積等方法在薄的絕緣基片 上形成厚度在上形成厚度在0.1m以下的金屬電阻材料薄膜敏以下的金屬電阻材料薄膜敏 感柵，再加上保護層，易實現工業化批量生產感柵，再加上保護層，易實現工業化批量生產 n優點：應變靈敏系數大，允許電流密度大，優點：應變靈敏系數大，允許電流密度大，工作工作 范圍廣，易實現工業化生產范圍廣，易實現工業化生產 15 4:15:17 注：注： 電阻應變片必須被粘貼在試件或彈性元件上才電阻應變片必須

11、被粘貼在試件或彈性元件上才 能工作。黏結劑和黏結技術對測量結果有著直接的能工作。黏結劑和黏結技術對測量結果有著直接的 影響。影響。 16 4:15:17 2.1.2 電阻應變片的特性電阻應變片的特性 1、靈敏系數靈敏系數 2、橫向效應橫向效應 3、溫度誤差及其補償溫度誤差及其補償 17 4:15:17 n電阻值電阻值：應變片在未經安裝也不受外力情況下，于：應變片在未經安裝也不受外力情況下，于 室溫下測得的電阻值；電阻系列：室溫下測得的電阻值；電阻系列：60、120、200、 350、500、1000 n絕緣電阻絕緣電阻：應變片引線與被測試件之間的電阻值，：應變片引線與被測試件之間的電阻值， 一

12、般一般100M。 n最大工作電流最大工作電流：允許通過應變片而不影響其工作特：允許通過應變片而不影響其工作特 性的最大電流值。性的最大電流值。 n機械滯后機械滯后：在循環加載時，加載特性與卸載特性不：在循環加載時，加載特性與卸載特性不 重合的現象。重合的現象。 n零漂零漂：在一定溫度下，不受機械應變時，其指示應：在一定溫度下，不受機械應變時，其指示應 變隨時間的變化而變化的現象。變隨時間的變化而變化的現象。 n蠕變蠕變：在一定溫度下，受恒定機械應變時，其指示：在一定溫度下，受恒定機械應變時，其指示 應變隨時間的變化而變化的現象。應變隨時間的變化而變化的現象。 18 4:15:17 uRR與與的

13、關系在很大范圍內仍然有很好的線性的關系在很大范圍內仍然有很好的線性 關系，即關系，即R/R=K ； uK為電阻應變片的靈敏系數。為電阻應變片的靈敏系數。 u標稱靈敏系數：是出廠時測定的該批產品的平均靈標稱靈敏系數：是出廠時測定的該批產品的平均靈 敏系數值。一批產品中一般抽樣敏系數值。一批產品中一般抽樣5的產品來測定，的產品來測定， 取平均值取平均值。 u電阻應變片的靈敏系數電阻應變片的靈敏系數k 電阻絲的靈敏系數電阻絲的靈敏系數k0 （粘結層傳遞變形失真、還存在有橫向效應（粘結層傳遞變形失真、還存在有橫向效應 ） 1、靈敏系數、靈敏系數 19 4:15:17 2、橫向效應、橫向效應 y x y

14、 n應變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消應變片的橫柵部分將縱向絲柵部分的電阻變化抵消 了一部分，從而降低了整個電阻應變片的靈敏度，了一部分，從而降低了整個電阻應變片的靈敏度， 帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構造及尺寸有關。帶來測量誤差，其大小與敏感柵的構造及尺寸有關。 n敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則敏感柵的縱柵愈窄、愈長，而橫柵愈寬、愈短，則 橫向效應的影響愈小。橫向效應的影響愈小。 20 4:15:17 3、溫度誤差及其補償、溫度誤差及其補償 n溫度誤差：溫度誤差：由于測量現場環境溫度的改變而給測量由于測量現場環境溫度的改變而給測量 帶來的附加誤差，帶來的附加誤差，

15、稱為應變片的溫度誤差。稱為應變片的溫度誤差。 應變片的阻值受環境溫度（包括被測試件的溫度）應變片的阻值受環境溫度（包括被測試件的溫度） 影響很大。影響很大。 n 產生溫度誤差的主要原因產生溫度誤差的主要原因： 應變片的電阻絲具有一定溫度系數；應變片的電阻絲具有一定溫度系數； 電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數不同。電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數不同。 21 4:15:17 （1）電阻溫度系數誤差）電阻溫度系數誤差 敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示：敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示： RT=R 0(1+T) 式中式中: RT溫度為溫度為t時的電阻值；時的電阻值； R0

16、溫度為溫度為t0時的電阻值；時的電阻值； 溫度為溫度為t0時金屬絲的電阻溫度系數；時金屬絲的電阻溫度系數； 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，電阻絲電阻的變化值為：時，電阻絲電阻的變化值為： RTa=RT-R0=R0T 22 4:15:17 （2 2）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數的影響）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數的影響 試件與電阻絲材料的線膨脹系數相同時：試件與電阻絲材料的線膨脹系數相同時： 不論環境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自不論環境溫度如何變化，電阻絲的變形仍和自 由狀態一樣，不會產生附加變形。由狀態一樣，不會產生附加變形。 當試件與電阻絲材

17、料的線膨脹系數不同時：當試件與電阻絲材料的線膨脹系數不同時： 環境溫度變化，電阻絲會產生附加變形，從而環境溫度變化，電阻絲會產生附加變形，從而 產生附加電阻變化。產生附加電阻變化。 23 4:15:18 n設粘貼在試件上電阻絲長度為設粘貼在試件上電阻絲長度為l0, 它們的線它們的線 膨脹系數分別為膨脹系數分別為s和和g，當溫度變化，當溫度變化T時，時， 應變絲膨脹至應變絲膨脹至lT1， ，試件伸長為 試件伸長為lT2，則應變絲，則應變絲 和試件的膨脹量分別為：和試件的膨脹量分別為： Tllll Tllll gTT sTT 0022 0011 24 4:15:18 n由于二者黏結在一起，若由于二

18、者黏結在一起，若sg，則應變絲被，則應變絲被 迫產生，迫產生， TKRKRR T l l Tllll sgTT sg T T sgTTT )( )( )( 0000 0 021 附加變形：附加變形： 附加應形：附加應形： 附加電阻變化：附加電阻變化： 25 4:15:18 相應的虛假應變量：相應的虛假應變量： T K T K RR sg T T )( / 00 0 可得由于溫度變化而引起的總電阻變化為：可得由于溫度變化而引起的總電阻變化為： TKRTRRRR sgTTT )( 000 該誤差除與環境溫度有關外，還與應變片本身該誤差除與環境溫度有關外，還與應變片本身 性能參數及試件的線膨脹系數有

19、關。性能參數及試件的線膨脹系數有關。 26 4:15:18 單絲自補償法 自補償法 組合式自補償法 線路補償法電橋補償法、熱敏電阻 溫度補償 27 4:15:18 )( 3410 RRRRAU B 電橋輸出電壓電橋輸出電壓U0與橋臂參數的關系與橋臂參數的關系 28 4:15:18 n由上式可知由上式可知,當當R3和和R4為常數時，為常數時，R1和和RB對電橋輸對電橋輸 出電壓出電壓U0的作用方向相反。的作用方向相反。 n測量應變時測量應變時, 工作應變片工作應變片R1粘貼在被測試件表面上粘貼在被測試件表面上, 補償應變片補償應變片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補粘貼在與被測試件材料完全相同

20、的補 償塊上償塊上, 且僅工作應變片承受應變。且僅工作應變片承受應變。 n當被測試件不承受應變時，當被測試件不承受應變時， R1和和Rb處于同一環境處于同一環境 溫度為溫度為T（C）的溫度場中，調節電橋參數使電橋）的溫度場中，調節電橋參數使電橋 達到平衡：達到平衡： 0)( 3410 RRRRAU B 29 4:15:18 一般取四個橋臂電阻相等。一般取四個橋臂電阻相等。 當溫度升高或降低時，當溫度升高或降低時， R1和和RB變化量相同，電變化量相同，電 橋仍處于平衡狀態。橋仍處于平衡狀態。 當有應變作用時，工作應變片又有新的增量當有應變作用時，工作應變片又有新的增量 而補償應變片不承受應變，

21、不產生新增量，此時電而補償應變片不承受應變，不產生新增量，此時電 橋輸出電壓為：橋輸出電壓為： 0)()( 34110 RRRRRRAU BTBT KRR 11 KRARU 410 30 4:15:18 電橋補償法優點：電橋補償法優點： n簡單、方便，在常溫下補償效果較好，簡單、方便，在常溫下補償效果較好， n缺點：在溫度變化梯度較大的條件下，很難缺點：在溫度變化梯度較大的條件下，很難 做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情 況，因而影響補償效果。況，因而影響補償效果。 31 4:15:18 應變片的自補償法應變片的自補償法 n粘貼在被測部位上的是一種特殊

22、應變片，當溫度粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當溫度 變化時，產生的附加應變為零或相互抵消，這種變化時，產生的附加應變為零或相互抵消，這種 應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應變片應變片稱為溫度自補償應變片。利用這種應變片 來實現溫度補償的方法稱為應變片自補償法。來實現溫度補償的方法稱為應變片自補償法。 a. a. 選擇式自補償應變片選擇式自補償應變片 b. b. 雙金屬敏感柵自補償應變片雙金屬敏感柵自補償應變片 32 4:15:18 當被測試件的線膨脹系數當被測試件的線膨脹系數g已知時，合理選擇敏感柵材料已知時，合理選擇敏感柵材料， 即即 其電阻溫度系數其電阻溫度系數、靈敏系數、靈敏系

23、數K0以及線膨脹系數以及線膨脹系數s，則不論溫度，則不論溫度 如何變化，均有如何變化，均有 =0，從而達到溫度自補償的目的。，從而達到溫度自補償的目的。優點優點：容：容 易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍 也較窄。也較窄。 由式由式(2.1.16)可知，實現溫度補償的條件為可知，實現溫度補償的條件為 當被測試件的線膨脹系數當被測試件的線膨脹系數g已知時，通過選擇敏感柵材料，已知時，通過選擇敏感柵材料， 使下式成立，即可達到溫度自補償的目的。使下式成立，即可達到溫度自補償的目的。 0)( 0 T K T sgT )( 0s

24、g K T 33 4:15:18 R1R2 組合自補償法 敏感柵絲由兩種不同溫度系數的金屬絲串接組成敏感柵絲由兩種不同溫度系數的金屬絲串接組成 選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數 調整調整R R1 1和和R R2 2的比例，使溫度變化時產生的的比例，使溫度變化時產生的 電阻變化滿足：電阻變化滿足： 則：則： T2T1 )()(RR 通過調節兩種敏感柵的長度來控制通過調節兩種敏感柵的長度來控制 應變片的溫度自補償，應變片的溫度自補償， 可達可達0.45m/的高精度的高精度 )( )( / / 111 222 11 22 2 1 g g T T K K RR RR

25、 R R 34 4:15:18 熱敏電阻補償熱敏電阻補償 Ui R1R R4 R3 U0 R2Rt R5 分流電阻分流電阻 U URt T K Rt U = Ui - URt K 35 4:15:18 2.1.3 電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路 1 1 直流電橋直流電橋 2 2 非線性誤差及其補償非線性誤差及其補償 36 4:15:19 1、直流電橋、直流電橋 當電橋后面接放大器時當電橋后面接放大器時, 電橋輸出端看成開路，電電橋輸出端看成開路，電 橋的輸出式為：橋的輸出式為： U RRRR RRRR U )( 4321 3241 0 應變片工作時，其電阻變化應變片工作時，其電阻變化

26、R )( )()( 44332211 33224411 0 RRRRRRRR RRRRRRRR UU 37 4:15:19 采用等臂電橋，即采用等臂電橋，即R1= R2= R3=R4=R 。則：。則： )2)(2( )( 4321 32414321 0 RRRRRR RRRRRRRRR UU 當當Ri R ( i=1,2,3,4) 時，略去上式中的高階微量，則時，略去上式中的高階微量，則 R R R R R R R RU U 4321 0 4 43210 4 UK U 38 4:15:19 上式表明： Ri R時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。 若若相鄰相

27、鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時， 輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不同，則輸輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應變極性不同，則輸 出電壓為兩者之和。出電壓為兩者之和。 若若相對相對兩橋臂應變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反兩橋臂應變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反 之則為兩者之差。之則為兩者之差。 電橋供電電壓電橋供電電壓U越高，輸出電壓越高，輸出電壓U0越大。但是，當越大。但是，當U大時，大時， 電阻應變片通過的電流也大，電阻應變片通過的電流也大，若超過電阻應變片所允許通過若超過電阻應變片所允許通過 的最大工作電流，

28、傳感器就會出現蠕變和零漂的最大工作電流，傳感器就會出現蠕變和零漂。 增大電阻應變片的靈敏系數增大電阻應變片的靈敏系數K，可提高電橋的輸出電壓。，可提高電橋的輸出電壓。 43210 4 UK U 39 4:15:19 略去分母中的R1/R1項 ,假設R1/R11 單臂電橋，即R1橋臂變化R，理想的線性關系 實際輸出電壓實際輸出電壓 R RU U 4 0 1 0 2 1 1 424 R R R RU RR R UU 電橋的相對非線性誤差為電橋的相對非線性誤差為 K R R R R R R U U 2 1 2 1 1 2 1 11 2 1 11 1 0 0 2 2、非線性誤差及其補償、非線性誤差及其

29、補償 冪級數：（1-a）-1 =1+a+a2+a3+(-1a(1+)，故(1+)項可以忽略 ll E R R 半導體材料的電阻值變化，主要是由電阻率變化引起的， 而電阻率的變化是由應變引起的 半導體單晶的應變靈敏系數可表示 E RR K l / 半導體的應變靈敏系數還與摻雜濃度有關，它隨雜質的增加而減小 70 4:15:21 2.2.2 2.2.2 體型半導體電阻應變片體型半導體電阻應變片 n1. 結構型式及特點 n2. 測量電路 71 4:15:21 1. 結構型式及特點結構型式及特點 主要優點是靈敏系數比金屬電阻應變片的靈敏系數大數十倍 橫向效應和機械滯后極小 溫度穩定性和線性度比金屬電阻

30、應變片差得多 72 4:15:21 2. 測量電路測量電路 n恒壓源 n恒流源 )/( 0T RRRUU RIU 0 電橋輸出電壓與R / R成正比，輸出電壓受環境溫度的影響。 電橋輸出電壓與R成正比，環境溫度的變化對其沒有影響。 73 4:15:22 2.2.3 擴散型壓阻式壓力傳感器擴散型壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器結構簡圖 1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜片 采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件， 在它上面直接蒸鍍半導體電阻應變薄膜 74 4:15:22 工作原理：工作原理： 膜片兩邊存在壓力差時，膜片產生變形，膜片上各點產生應力。膜片兩邊存在壓力差時，膜片產生變形，膜片上各

31、點產生應力。 四個電阻在應力作用下，阻值發生變化，電橋失去平衡，四個電阻在應力作用下，阻值發生變化，電橋失去平衡， 輸出相應的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。輸出相應的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。 四個電阻的配置位置四個電阻的配置位置： 按膜片上徑向應力按膜片上徑向應力r和切向應力和切向應力t的分布情況確定。的分布情況確定。 )31 ()1( 8 3 )3()1( 8 3 22 0 2 22 0 2 rr h p rr h p t r 設計時，適當安排電阻的位置，可以組成差動電橋。 75 4:15:22 擴散型壓阻式壓力傳感器 特點 n優點: 體積小，結構比較簡單，動態響應 也好，

32、靈敏度高，能測出十幾帕的微壓， 長期穩定性好，滯后和蠕變小，頻率響應 高，便于生產，成本低。 n測量準確度受到非線性和溫度的影響。智 能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對非線 性和溫度進行補償。 76 4:15:22 77 4:15:22 2.2.4 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器 n它的懸臂梁直接用單晶硅制成，四個擴散電阻 擴散在其根部兩面 。 擴散電阻 質量塊 基座 應變梁 a 78 4:15:22 2.2.5 測量橋路及溫度補償測量橋路及溫度補償 n由于制造、溫度影響等原因，電橋存在失調、零位溫漂、 靈敏度溫度系數和非線性等問題，影響傳感器的準確性。 n減少與補償誤差措施 1. 恒流源

33、供電電橋 2. 零點溫度補償 3. 靈敏度溫度補償 79 4:15:22 1. 恒流源供電電橋恒流源供電電橋 恒流源供電的全橋差動電路 假設RT為溫度引起的電阻變化 III ADCABC 2 1 電橋的輸出為 RI RRRIRRRI UU TT BD )( 2 1 )( 2 1 0 電橋的輸出電壓與電阻變化成正比，與恒流源電流成正比， 但與溫度無關，因此測量不受溫度的影響。 80 4:15:22 2.2.溫度溫度漂移漂移及其補償及其補償 U R1 R2 R4 R3 U0 Rs Rp VD 溫度變化而變化，將引起零漂零漂和靈敏度漂移靈敏度漂移 零漂：擴散電阻值隨溫度變化 串、并聯電阻 串聯電阻R

34、s起調零作用 并聯電阻RP起補償作用 靈敏度漂移：壓阻系數隨溫度變化 串聯二極管 81 4:15:22 82 4:15:22 83 4:15:23 84 4:15:23 壓阻式固態壓力傳感器用于投入式液位計：壓阻式固態壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔用的進氣孔用 柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。 85 4:15:23 材料應變的測量材料應變的測量 斜拉橋上的斜拉斜拉橋上的斜拉 繩應變測試繩應變測試 86 4:15:23 AD581 +10V +15V A1 AD741 10 1500P 200 +10V +12

35、V b a 722.6 +15V15V 輸出輸出Uo 4.99K 24.9K 010V 負載負載 失調失調 +15V A2 AD522 10K Rg 4 1 14 2 13 3 6 8 5 12 7 11 調整調整Rg使電路滿量程輸出為使電路滿量程輸出為010V 87 4:15:23 液罐秤示意圖 1-電動比例調節器；2-膨脹節；3-化學原料儲液罐A；4-化學原料儲液罐B； 5-荷重傳感器（每罐各4只）；6-支撐構件；7-支撐平臺 88 4:15:23 物料定值分裝控制系統物料定值分裝控制系統 n稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，選用應變式稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，選用

36、應變式 稱重測力傳感器。稱重測力傳感器。 n四片電阻應變片構成全橋橋路，在所加橋壓四片電阻應變片構成全橋橋路，在所加橋壓U U不變的情況下，不變的情況下， 傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比，傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比， 而且，供橋橋壓而且，供橋橋壓U U的變化直接影響電子稱的測量精度，所以要的變化直接影響電子稱的測量精度，所以要 求橋壓很穩定。求橋壓很穩定。 89 4:15:23 n計數器計數器1的計數值反映了測量電的計數值反映了測量電 壓大小即物料的重量。在顯示的壓大小即物料的重量。在顯示的 同時，計算機還根據設定值與測同時，計算機還根據設定值與測 量值進行定值判斷。量值進行定值判斷。 n測量值與給定值進行比較，取差測量值與給