《电力电子技术》(第四版)PPT教学课件-第3章.电阻传感器电子汇.ppt

2、应变片工作原理 3、机械滞后 ①采用差动电桥 a)、半差动电桥 在同一试件上分别粘贴两只应变片，一只感受拉力，一只感受压力，两者应变符号相反，大小相等。测试时，将两只应变片分别接在电桥的相邻桥臂上，如图3-21所示。 b)、全差动电桥 若在同一试件上分别粘贴4片应变片，其中两片受拉力，两片受压力，如图3—22所示。将两个应变符号相同的应变片接在相对桥臂上，则构成全差动电桥。 ②高内阻的恒流源电桥 通过电桥各桥臂的电流不稳定，也是产生非线性误差的重要原因之一。所以采用恒流源供电，如图3-23所示。 电桥输出电压为： 由上式可知，用恒流源供电输出电压分母中的ΔR被4R除，而用恒压源供电输出电压的分母中的ΔR被2R除。因此，采用恒流源电桥比恒压源电桥的非线性误差减小一倍。 则半导体压阻材料的应变灵敏系数K为 K=πLE 3.4 电阻式传感器的应用 （一）电阻应变仪 电阻应变仪是一种可以直接测量试件应变的仪器。它以电桥为基础，将电桥输出微小变化，经过电压放大，供普通电流计指示或供记录仪纪录。 电阻应变仪种类按测量应变变化频率划分有以下几种： 1、静态电阻应变仪。 2、静动态电阻应变仪。 3、动态电阻应变仪。 4、超动态电阻应变仪。 5、遥测应变仪。 （二） 电位器式压力传感器 图3-36示出YCD-150型压力传感器原理图，它由一个C形弹簧管和电位器组成。电位器固定在壳体上，电刷与弹簧管的传动机构相连接。当流体被测压力P变化时，弹簧管的自由端产生位移，通过传动机构，一面带动指针偏转，一面带动电刷在线绕电位器上滑动，从而将被测压力转换为电阻值变化。 图3-37为另一种电位器压力传感器原理图， （三）金属电阻应变式传感器及应用 1、金属电阻应变式传感器由弹性敏感元件、金属电阻应变片及外壳等组成的装置。 2、特点：测试范围宽，输出特性线性度好，测量精度高，性能稳定， 工作可靠，能适应恶劣环境条件。 3、用途：用于测量力、压力、加速度等力学量，广泛用于煤炭、化工、冶金、机械、交通及国防等许多部门。 S型双弯曲梁应变式测力传感有以下特点： 1）输出灵敏度高； 2）输出只与应变片基长l（常数）有关，而与重物加载点X无关 3）抗侧向力强； 4）结构简单，精度高，量程宽，工作可靠。 四、电阻应变传感器在泥石流预测中的应用 原理框图如图3-48所示。 将电阻应变片粘贴在一定尺寸的钢筋上（钢筋尺寸大小及数量由所处环境条件决定），钢筋埋入泥石流常发生且危及铁道的地方，电阻应变片分别接入电桥电路，电桥输出经信号处理电路送入测量仪器。当无泥石流时，电桥无输出信号，仪器无指示，无报警信号。 一旦泥石流发生，由于各钢筋因泥石流冲压而受到不同的力，应变片感受力后阻值变化，电桥有信号输出，测量仪器有指示，报警装置即可报警提示。 由于R1、RB 性能完全相同，又处于同一温度场中， 故 ΔR1t＝ΔR2t＝ΔRt ΔR1＝ΔR2＝ΔR 则电桥输出电压为 式中：（ΔRtR0） 由上式知： ①、分子中不含ΔRt，实现温度补偿； ②、与补[到相比，输出电压灵敏度提高一倍。 C）、补偿原理： 设t0时，应变片未工作，R1＝R2＝R3＝R4＝R0 应变片工作，且温度变化Δt后， R1＝R0＋ΔR1＋ΔR1t R2＝R0－ΔR2＋ΔR2t （3）、热敏电阻补偿法 如图3-26所示。热敏电阻Rt与工作片R1处于同一温度场中，当温度升高时，使R1与Rt的阻值均升高。根据公式，输出电压U0为： 而 即 当t↑→R1↑―――→U0↑↘保持U0不变 t↑→Rt↑→U，↓→U0↓↗ 式中Rt为热敏电阻。 这样便达到了温度补偿的目的。 3.3、压阻式传感器及其应用 一、压阻效应：沿一块半导体的某一轴向施加压力使其产生变形时，它的电阻率发生显着变化的现象，称为半导体材料的压阻效应 。 二、压阻式传感器 ：利用半导体材料的压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。即半导体应变片。 三、半导体应变片与金属应变片比较 1、金属应变片的特点： （1）性能稳定，精度高；（2）应变灵敏系数小（K金＝1-3） 2、半导体应变片的特点： （1）、应变灵敏系数很高，可达100――200； （2）、几何尺寸小，且可以做成集成传感器； （3）、横向效应小，机械滞后小，稳定性好； 四、半导体应变片的工作原理 如图3-27所示，半导体小条在其纵向受到压力作用时，其电阻值会发生变化，其应变方程为： 对于半导体应变片， 由于 （1＋2π）ε 故 由半导体电阻理论可知： ＝πLσ＝πLEε＝ 1、K与下列因素有关：