第4讲几种典型的模拟式传感器_传感器技术及应用
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rm 2 3 0.148 Kf
Y
r r r2 1 Kf Kf
或
X Y X X2 1 Kf Kf
fz max
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 减小负载误差的措施
限制电位器的工作范围
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 减小负载误差的措施
重新设计电位器的空载特性
R1 R1 L 2
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 电桥的非线性误差
R1 R1 L 2
U out U out0 L U out0
R1 检流计 R1 R2 R1 1 R1 R1
k 2， 5000 με
金属应变片
R1＋R1 R3 R2＋R2 R4 R3 R1 R2 R4
R1 R3 R2 R4
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出
R1 R3 U out R R R R U in 2 3 4 1 R4 R1 U in R3 R1 R2 R1 R4 1 R R 1 R 1 1 3
4.2.2 线绕式电位器的特性
灵敏度 Rx 2bx hx x 阶梯特性和阶梯误差 x qx t x R 分辨率 x I 2bx hx x I U x R 1 2 W S x x 100% qx t x R 2W
金属丝的灵敏系数
4.3.2 金属应变片
结构及应变效应 基底粘合层
粘合层
横向效应及横向灵敏度 R K x R 如何减小横向效应？ R K x x K y y R 按出厂情况使用 R def R 针对实用，重新标定 K C Ky / K x x 短接圆弧段使用
U out
检流计
引入
n
R2 R4 R1 R3
def n R1 U in U out0 2 1 n R1
U out0 n KU U in R1 1 n 2 R1
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 (最大灵敏度讨论)
KU U out0 n U in 2 R1 1 n R1
2
2
r
YX
4.2 电位器式传感器(小结)
4.2.1 概 述 4.2.2 线绕式电位器的特性 位移元件 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 负载特性的意义 4.2.5 电位器的结构与材料 4.2.6 非线绕式电位器 4.2.7 典型的电位器式传感器
作 业
预 习——第5章 应变式传感器
应变片基底材料 半导体应变片
引线材料 薄膜式应变片
4.3.3 应变片的动态响应特性
应变波的传播过程 应变片工作频率范围的估算
自 学Байду номын сангаас
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应 试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Rt R0 (1 t ) R0 Rt
3. 举例说明传感器的负载特性、横向效应、温度效应。
4. 比较应变效应与压阻效应；压阻效应与压电效应；热电 阻效应与热敏电阻效应；压电效应与电容式变换原理。
5. 电桥原理在传感器中的应用特点。
6. 差动检测原理及其在传感器中的应用实例分析。 7. 传感器技术的自补偿方式及其实现。
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.3.6 典型的应变式传感器
4.3.1 应变式变换原理
L L R S π r2
dR d dL dr 2 R L r
d dR d 1 2 L 1 2 L K 0 L R L
dR def d R 1 2 K0 L L
f 提高负载系数 r R R0 d fz dr 0 Kf Rf R0 限制电位器的工作范围 3 r X2x r 2L r (3Kf 1) 2Kf 0 0 重新设计电位器的空载特性
K rr
Y U out U in
r 2 (1 r ) fz Kf
Rt R0t
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应
试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Lst L0 1 s t
Ls Lst L0 L0 s t
Lgt L0 1 g t Lg Lgt L0 L0 g t
课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
第4讲：几种典型的模拟式传感器 思考题(第4讲)
1. 变电阻式传感器的主要类型。 2. 变电容式、变电感式与变电阻式传感器的比较。
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差的补偿方法 自补偿法 合理选择应变片和使用构件 线路补偿法 合理使用电桥
K g s ＝0
R1t R2t R1 R2 RB
焊接点
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差的补偿方法 自补偿法 合理选择应变片和使用构件 线路补偿法 合理使用电桥
检流计
利用
dKU / dn 0
n 1, R1 R2 ; R3 R4
KU max
U in
1 U in 4
提高灵敏度的措施？
n 1
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出
R4 R1 U in R3 R1 R2 R1 R4 1 R R 1 R 1 1 3
R 1 rS W 100% R W
电刷 电刷行程
短路段
输出电压(电阻)
4.2.3 非线性电位器
功 用
实现途径 需要非线性输出；
修正、补偿非线性； 电位器的结构
改善负载误差。 应用电路
4.2.3 非线性电位器 功 用 实现途径
补偿应变片 工作应变片
热敏电阻补偿法
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 电桥的非线性误差
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡
检流计
U out
R1 R3 R1R4 R2 R3 U R R R R in R R R R U in 2 3 4 1 2 3 4 1
应变片的灵敏系数 讨论： K0 与 K 的关系？
盖片
敏感栅 引出线
4.3.2 金属应变片
结构及应变效应
横向效应及横向灵敏度 电阻应变片的种类 应变片电阻值 绝缘电阻 灵敏系数 机械滞后 允许电流 应变极限 零漂和蠕变
电阻应变片的材科 金属丝式应变片 应变片的主要参数 金属箔式应变片 敏感栅材料
4.5 热电式传感器
4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
功能材料类
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器
4.5 热电式传感器
4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
4.2 电位器式传感器
电位器的结构
应用电路
分流电阻法
给定电位法
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差
电位器的负载特性
Rf R 电位器的负载误差 U in RRf Rf＋R U out U in 2 Rf R 2 R R RR R f 0 0 减小负载误差的措施 ( R0 r R)(r 1) fz R f＋ YR Ykz 2
Kf Kf 1 1 4Kf Y Y r 2 Y f (X )
Kf 1 f X Kf 1 4 K f def f X F X 2 2 K K 1 f 1 f 4 K f X X r 2
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器
4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器
4.8 压电式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器
4.4 压阻式传感器
4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Rt Rt Rt R0t R0 K g s t Rt t K g s t R0 Rt R 0 t g s t K K
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器
4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器
4.8 压电式传感器
4.3 应变式传感器
4.3.1 应变式变换原理
4.3.2 金属应变片 4.3.3 应变片的动态响应特性 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 4.3.5 电桥原理
L Lg Ls g s tL0
L Lst
g
s tL0
L0 (1 s t )
g s t
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应
Rt R0t
Rt R0 K R0 K g s t
变电阻式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器
变阻抗式传感器
4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器
4.2.1 概 述 4.2.2 线绕式电位器的特性 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差
4.2.5 电位器的结构与材料
4.2.6 非线绕式电位器
4.2.7 典型的电位器式传感器
4.2.2 线绕式电位器的特性 结构 电位器式传感器用于什么场合？ 应用特点？
电阻 电刷
R1 / R1＝K 0.01 R1 / R1＝K 0.125
L 0.5％
k 125 ， 1000 με
半导体应变片
L 6.25 ％
L 5.9％
4.3.5 电桥原理
减少电桥的非线性误差的措施
差动电桥 采用恒流源供电电桥
双臂受感电桥 半差动
四臂受感电桥 全差动
4.3.5 电桥原理
减少电桥的非线性误差的措施(差动) R1 R1 R3 R R R R R R U in 1 2 2 3 4 1
检流计
电桥的非线性误差
R1 R1 R R 1 2 1 R1 R1
U out
R4 R1 U in R3 R1 U out0 R2 R4 1 R 1 R 1 3
U out U out0 L U out0
Y
r r r2 1 Kf Kf
或
X Y X X2 1 Kf Kf
fz max
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 减小负载误差的措施
限制电位器的工作范围
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 减小负载误差的措施
重新设计电位器的空载特性
R1 R1 L 2
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 电桥的非线性误差
R1 R1 L 2
U out U out0 L U out0
R1 检流计 R1 R2 R1 1 R1 R1
k 2， 5000 με
金属应变片
R1＋R1 R3 R2＋R2 R4 R3 R1 R2 R4
R1 R3 R2 R4
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出
R1 R3 U out R R R R U in 2 3 4 1 R4 R1 U in R3 R1 R2 R1 R4 1 R R 1 R 1 1 3
4.2.2 线绕式电位器的特性
灵敏度 Rx 2bx hx x 阶梯特性和阶梯误差 x qx t x R 分辨率 x I 2bx hx x I U x R 1 2 W S x x 100% qx t x R 2W
金属丝的灵敏系数
4.3.2 金属应变片
结构及应变效应 基底粘合层
粘合层
横向效应及横向灵敏度 R K x R 如何减小横向效应？ R K x x K y y R 按出厂情况使用 R def R 针对实用，重新标定 K C Ky / K x x 短接圆弧段使用
U out
检流计
引入
n
R2 R4 R1 R3
def n R1 U in U out0 2 1 n R1
U out0 n KU U in R1 1 n 2 R1
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 (最大灵敏度讨论)
KU U out0 n U in 2 R1 1 n R1
2
2
r
YX
4.2 电位器式传感器(小结)
4.2.1 概 述 4.2.2 线绕式电位器的特性 位移元件 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 负载特性的意义 4.2.5 电位器的结构与材料 4.2.6 非线绕式电位器 4.2.7 典型的电位器式传感器
作 业
预 习——第5章 应变式传感器
应变片基底材料 半导体应变片
引线材料 薄膜式应变片
4.3.3 应变片的动态响应特性
应变波的传播过程 应变片工作频率范围的估算
自 学Байду номын сангаас
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应 试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Rt R0 (1 t ) R0 Rt
3. 举例说明传感器的负载特性、横向效应、温度效应。
4. 比较应变效应与压阻效应；压阻效应与压电效应；热电 阻效应与热敏电阻效应；压电效应与电容式变换原理。
5. 电桥原理在传感器中的应用特点。
6. 差动检测原理及其在传感器中的应用实例分析。 7. 传感器技术的自补偿方式及其实现。
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.3.6 典型的应变式传感器
4.3.1 应变式变换原理
L L R S π r2
dR d dL dr 2 R L r
d dR d 1 2 L 1 2 L K 0 L R L
dR def d R 1 2 K0 L L
f 提高负载系数 r R R0 d fz dr 0 Kf Rf R0 限制电位器的工作范围 3 r X2x r 2L r (3Kf 1) 2Kf 0 0 重新设计电位器的空载特性
K rr
Y U out U in
r 2 (1 r ) fz Kf
Rt R0t
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应
试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Lst L0 1 s t
Ls Lst L0 L0 s t
Lgt L0 1 g t Lg Lgt L0 L0 g t
课 程 内 容
第1讲：绪 论 第2讲：传感器的输入输出特性 第3讲：传感器敏感结构的力学特性 第4讲：几种典型的模拟式传感器 第5讲：谐振式传感器 第6讲：发展中的传感器新技术 第7讲：总 结
第4讲：几种典型的模拟式传感器 思考题(第4讲)
1. 变电阻式传感器的主要类型。 2. 变电容式、变电感式与变电阻式传感器的比较。
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差的补偿方法 自补偿法 合理选择应变片和使用构件 线路补偿法 合理使用电桥
K g s ＝0
R1t R2t R1 R2 RB
焊接点
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差的补偿方法 自补偿法 合理选择应变片和使用构件 线路补偿法 合理使用电桥
检流计
利用
dKU / dn 0
n 1, R1 R2 ; R3 R4
KU max
U in
1 U in 4
提高灵敏度的措施？
n 1
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出
R4 R1 U in R3 R1 R2 R1 R4 1 R R 1 R 1 1 3
R 1 rS W 100% R W
电刷 电刷行程
短路段
输出电压(电阻)
4.2.3 非线性电位器
功 用
实现途径 需要非线性输出；
修正、补偿非线性； 电位器的结构
改善负载误差。 应用电路
4.2.3 非线性电位器 功 用 实现途径
补偿应变片 工作应变片
热敏电阻补偿法
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡 电桥的不平衡输出 电桥的非线性误差
4.3.5 电桥原理
电桥的平衡
检流计
U out
R1 R3 R1R4 R2 R3 U R R R R in R R R R U in 2 3 4 1 2 3 4 1
应变片的灵敏系数 讨论： K0 与 K 的关系？
盖片
敏感栅 引出线
4.3.2 金属应变片
结构及应变效应
横向效应及横向灵敏度 电阻应变片的种类 应变片电阻值 绝缘电阻 灵敏系数 机械滞后 允许电流 应变极限 零漂和蠕变
电阻应变片的材科 金属丝式应变片 应变片的主要参数 金属箔式应变片 敏感栅材料
4.5 热电式传感器
4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
功能材料类
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器
4.5 热电式传感器
4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
4.2 电位器式传感器
电位器的结构
应用电路
分流电阻法
给定电位法
4.2.4 电位器的负载特性及负载误差
电位器的负载特性
Rf R 电位器的负载误差 U in RRf Rf＋R U out U in 2 Rf R 2 R R RR R f 0 0 减小负载误差的措施 ( R0 r R)(r 1) fz R f＋ YR Ykz 2
Kf Kf 1 1 4Kf Y Y r 2 Y f (X )
Kf 1 f X Kf 1 4 K f def f X F X 2 2 K K 1 f 1 f 4 K f X X r 2
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器
4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器
4.8 压电式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器
4.4 压阻式传感器
4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致
Rt Rt Rt R0t R0 K g s t Rt t K g s t R0 Rt R 0 t g s t K K
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器
4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器
4.8 压电式传感器
4.3 应变式传感器
4.3.1 应变式变换原理
4.3.2 金属应变片 4.3.3 应变片的动态响应特性 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 4.3.5 电桥原理
L Lg Ls g s tL0
L Lst
g
s tL0
L0 (1 s t )
g s t
4.3.4 应变片的温度误差及其补偿
温度误差产生的原因 电阻的热效应
Rt R0t
Rt R0 K R0 K g s t
变电阻式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述
4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器
变阻抗式传感器
4.6 电容式传感器
4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器
第4讲：几种典型的模拟式传感器
4.1 概 述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器
4.2.1 概 述 4.2.2 线绕式电位器的特性 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差
4.2.5 电位器的结构与材料
4.2.6 非线绕式电位器
4.2.7 典型的电位器式传感器
4.2.2 线绕式电位器的特性 结构 电位器式传感器用于什么场合？ 应用特点？
电阻 电刷
R1 / R1＝K 0.01 R1 / R1＝K 0.125
L 0.5％
k 125 ， 1000 με
半导体应变片
L 6.25 ％
L 5.9％
4.3.5 电桥原理
减少电桥的非线性误差的措施
差动电桥 采用恒流源供电电桥
双臂受感电桥 半差动
四臂受感电桥 全差动
4.3.5 电桥原理
减少电桥的非线性误差的措施(差动) R1 R1 R3 R R R R R R U in 1 2 2 3 4 1
检流计
电桥的非线性误差
R1 R1 R R 1 2 1 R1 R1
U out
R4 R1 U in R3 R1 U out0 R2 R4 1 R 1 R 1 3
U out U out0 L U out0