传感器第2章电阻应变式传感器资料.ppt

第2章 电阻应变式传感器 2.1 电阻应变式传感器的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 平衡电桥多用直流供电，四臂中任一电阻可用应变片代替，因为应变片工作过程中阻值变化很小，所以可认为电源供出的电流I在工作过程中是不变的，即加在3~4间的电压是一个定值，如图2-9所示。假定电源为电动势源，内阻为零，则在检流计中流过的电流 和电桥各参数间的关系为 1. 平衡电桥的工作原理 （2-25） 为检流计的内阻。应变片的阻值变化可以用 的大小来表示（偏转法），也可以用桥臂阻值的改变量来表示（零度法）。若采用零度法时，电桥的平衡条件为流过检流计的电流等于零，此时式（2-25）要满足下列条件： （2-26） 即 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 1. 平衡电桥的工作原理 图2-9 直流电桥 若第一臂用应变片代替，应变片由应变引起的电阻变化为 ，使式（2-26）的关系被破坏，检流计中有电流 使它变为 ，则有 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 1. 平衡电桥的工作原理 流过，此时可调节其余臂的电阻，使重新满足式（2-26） 的关系。若调节 （2-27） （2-28） 由 和式（2-28）得 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 1. 平衡电桥的工作原理 若 和 为定值时，可用 表示 的大小，一 和 称为比例臂，改变它们的比值，可以改变 的测量范围，而 称为调节臂，用它来改变被测 般将 应变值。平衡电桥和一般电桥的不同点是在测量前和测量时需要作两次平衡。静态应变仪的电桥多采用这种原理制成。若应变为动态量，则电阻变化较快，平衡电桥已经来不及了，此时只能采取偏转法，即不平衡电桥法。 实际上电桥后面连接的放大器的输入阻抗都很高，比电桥的输出电阻大得多，此时必须要求电桥具有较高的电压灵敏度，当有小的 变化时，能产生较大的 值 。 2. 不平衡电桥的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 不平衡电桥是利用电桥输出电流或电压与电桥各参数间的关系进行工作的，此时在桥的输出端接入检流计或放大器。在输出电流时，为了使电桥有最大的电流灵敏度，希望电桥的输出电阻尽量和指示器内阻相等。 2. 不平衡电桥的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 图2-10为由交流电压u供电的交流电桥电路，第一臂是应变片，其他三臂为固定电阻。应变片未承受应变时阻值为 ，电桥处于平衡状态，电桥输出电压为零。当承受应变时，产生 的变化，电桥变为不平衡，输出电压为 。由图2-10可知： 图2-10 交流电桥 2. 不平衡电桥的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 假设n=R2/R1，并考虑电桥初始平衡条件R2/R1=R4/R3 以及略去分母中的微小变化 ， 则式（2-29） （2-29） 可以写为 (2-30) 2. 不平衡电桥的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 电桥的电压灵敏度为 (2-31) 研究式（2-31）可以发现： 1）电桥的电压灵敏度正比于电桥的供电电压，电桥的供电电压愈高，电压灵敏度愈高。 2）电桥的电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，即和电桥各臂的初始比值有关。 当n=1时电压灵敏度最大 此时R1=R2,R3=R4 对于这类对称，式（2-29）、式（2-30）和式（2-31）可以分别简化为 2. 不平衡电桥的工作原理 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 (2-32) (2-33) （2-34） 在以上研究电桥工作状态时，都是假定应变片的参数变化很小，所以在分析电桥输出电流或电压与各参数关系时，都忽略了分母中的 ，最后得到的刻度特性 都是线性关系。但是若应变片所承受的应变太大，使它的阻值变化和本身的初始电阻可以比拟时，分母中的 就不能忽略，此时得到的刻度特性 是非线性的。实际的非线性特性曲线与理想的线性特性曲线的偏差称为绝对非线性误差。下面我们以R1 =R2 、R3 =R4 对称情况为例求非线性误差 的大小。 2.6电阻应变式传感器的信号调节电路 2.6.1 测量电桥的工作原理 3. 电桥电路的非线性误差及其补偿 设理想情况下 ，则 2.6电阻应变式传感器的信号调节电