课件4力敏传感器.ppt

若RΔR，忽略上式分母中 项，得到 可见，在一定应变范围内，第二对称电桥的输出与应变呈线性关系，但比等臂电桥的输出电压小 倍 。 交流载波放大器具有灵敏度高、稳定性好、外界干扰和电源影响小及造价低等优点，但存在工作频率上限较低、长导线时分布电容影响大等缺点。 直流放大器工作频带宽，能解决分布电容问题，但它需配用精密稳定电源供桥，造价较高。 近年来随着电子技术的发展，在数字应变仪、超动态应变仪中已逐渐采用直流放大形式的测量线路。 USC R－ΔR +ΔRT 图5.1-27 恒流源供电 A C D B R－ΔR +ΔRT R+ΔR +ΔRT R+ΔR +ΔRT E 4、? 测量桥路及温度补偿 为了减少温度影响，压阻器件一般采用恒流源供电，如图(5.1-27)所示。 假设电桥中两个支路的电阻相等， 即RABC=RADC=2（R+ΔRT），故有 因此，电桥的输出为 整理后得USC=IΔR (5.1-65） 可见，电桥输出与电阻变化成正比，即与被测量成正比，与恒流源电流成正比，即与恒流源电流大小和精度有关。但与温度无关，因此不受温度的影响。但是，压阻器件本身受到温度影响后，要产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移，因此必须采取温度补偿措施。 I （1） 零点温度补偿 零点温度漂移是由于四个扩散电阻的阻值及其温度系数不一致造成的。一般用串、并联电阻法补偿，如图5.1-28所示。其中，RS是串联电阻；RP是并联电阻。串联电阻主要起调零作用；并联电阻主要起补偿作用。补偿原理如下： ? R2 R4 R1 R3 USC 图5.1-28 温度漂移的补偿 Rp B C D A RS E Di 由于零点漂移，导致B、D两点电位不等，譬如，当温度升高时，R2的增加比较大，使D点电位低于B点，B、D两点的电位差即为零位漂移。要消除B、D两点的电位差，最简单的办法是在R2上并联一个温度系数为负、阻值较大的电阻RP，用来约束R2的变化。这样，当温度变化时，可减小B、D点之间的电位差，以达到补偿的目的。当然，如在R3上并联一个温度系数为正、阻值较大的电阻进行补偿，作用是一样的。 下面给出计算RS、RP的方法。 设R1?、R2?、R3?、R4?与R1″、R2″、R3″、R4″为四个桥臂电阻在低温和高温下的实测数据，RS?、RP?与RS?、RS?分别为RS、RP在低温与高温下的欲求数值。 根据低温与高温下B、D两点的电位应该相等的条件，得 （5.1-65） （5.1-66） 设RS、RP的温度系数α、β为已知，则得 （5.1-67） （5.1-68） 根据以上四式可以计算出RS?、RP?、RS?、RP?。实际上只需将（5.1-67）、（5.1-68）二式代入（5.1-65）、（5.1-66）中，计算出RS?、RP?，再由RS?、RP?可计算出常温下RS、RP的数值。 计算出RS、RP后，那么，选择该温度系数的电阻接入桥路，便可起到温度补偿的作用。 （2） 灵敏度温度补偿 灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化而引起的。温度升高时，压阻系数变小；温度降低时，压阻系数变大，说明传感器的灵敏度系数为负值。 补偿灵敏度温漂可以采用在电源回路中串联二极管的方法。温度升高时，因为灵敏度降低，这时如果提高电桥的电源电压，使电桥的输出适当增大，便可以达到补偿的目的。反之，温度降低时，灵敏度升高，如果使电源电压降低，电桥的输出适当减小，同样可达到补偿的目的。 因为二极管PN结的温度特性为负值，温度每升高1℃时，正向压降约减小(1.9～2.5)mV。将适当数量的二极管串联在电桥的电源回路中，见图5.1-28。电源采用恒压源，当温度升高时，二极管的正向压降减小，于是电桥的桥压增加，使其输出增大。只要计算出所需二极管的个数，将其串入电桥电源回路，便可以达到补偿的目的。 根据电桥的输出，应有 若传感器低温时满量程输出为USC?，高温时满量程输出为USC?，则ΔUSC= USC?–USC?，因此 而ΔR/R可根据常温下传感器的电源电压与满量程输出计算，从而可以求出ΔUSC。此值，便是为了补偿灵敏度随温度下降，桥压需要提高的数值ΔE。 当n只二极管串联时，可得 n·θ·ΔT=ΔE 式中θ——二极管PN结正向压降的