电气测试

电阻式传感器
电阻式传感器是指能将有关的非电量变换成 与电阻有关的电量的传感器。
线性电位器传感器 非线性电位器传感器 电阻应变传感器 压阻传感器 等
一、电位器式传感器
1—金属电阻丝 2—骨架 3—电刷
二、电阻应变式传感器
1、应变片的工作原理 2、电阻应变传感器测量电路 3、温度误差及补偿 4、电阻传感器及其应用
εy εx
应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部 分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差， 其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈 长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。
测量电路 R1
①、电桥测量电路的分析
R2 U0
Uo
U
(R1
R1R3 R2R4 R2 ) (R3
R4 )
初始平衡时： Uo 0
R4
R3
U
R1R3 R2R4 0
Uo
U
R1R2 (R1 R2
)2
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
测量电路
R1
R2
Uo
U
(
R1R2 R1 R2
)2
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
R4
U0 R3
(1)单臂电桥
U
桥臂电阻中只有一个电阻为应变片，其余为固 定电阻。
电阻应变传感器及其应用
加速度传感器
它是一种惯性式传 感器。质量块m沿加 速度a相反的方向运 动（即相对于基座运 动），使梁发生形应 变，应变片的电阻发 生变化，产生输出信 号，输出信号的大小 与加速度成正比。
2 1
3
4
转矩传感器
3 0
1 90
2 180
4
270
电子秤
电子秤
数字血压计
工作原理
L和b分别称为应变片的基长和宽度
工作原理
金属导体的电阻值随其机械变形而发生变化的现象
l D
F
F
R l
A
l+dl ρ:电阻率 l:金属导线长度 A:金属导线截面积
工作原理
• ①、金属电阻应变片
dR (1 2) k
R
❖ 分辨率高、非线性误差小
❖ 温度系数小
❖ 丝式
❖ 测量范围大
❖ 箔式
温度误差及其补偿
(1)应变片本身电阻随温度的变化引起的误差
R t = R0 (1+ α△t) R0 R0α△t △R t R t R0 R0α△t
(2)应变片材料的线膨胀系数和基底材料的线膨胀系 数不同引起的误差 ls l0st lg l0 g t
(3)测试件的弹性模量E随温度变化引起的误差
✓ 还可以通过在桥臂中串接产生相同应变的应变片来提高电 桥的电压灵敏度
✓ 在半桥和全桥测量电路中，应变片的特性相同或相近，又 感受相同的温度，可以起到补偿作用
✓ 在使用半导体应变片测量较大应变时，非线性误差大，必 须进行补偿
✓ 当有负载时，输出电压有所下降
例题
• 额定载荷为4t的圆柱形电阻应变传感器，其展开 图见图。未受载荷时四片应变片阻值均是120Ω， 允许功耗208.35mW，传感器电压灵敏度 KU=0.008V/V，应变片灵敏度系数k=2。 1）画出桥路接线图；
Uo
U 4
R R
U 4
k
KU
Uo
U 4
k
测量电路
R1
Uo
U
(
R1R2 R1 R2
)2
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
R4
R2 U0
R3
(2) 对称电桥
U
对于电源左右两边对称，R1 R2 和 R3 R4 。
Uo
U 4
k (1
)
KU
Uo
U 4
k(1 )
Uo
U 2
k
KU
Uo
2）求桥路供桥电压；
3）载荷4t和2t时，桥路输出
电压分别是多少？
4）载荷2t时,R1~R4的阻值分 别为多少？
测量电路
②、电桥的零位调整
由于制造工艺的原因，应变传感器在不受载荷时，其输 出电压不为零，因此使用前必须调零。
(1) 直流电桥调零 仅需电阻平衡即可，有
串联调零和并联调零两种 (2)交流电桥调零
Chap 4 非电量的电测技术
• 第一节 电阻式传感器 • 第二节 电感式传感器 • 第三节 电容式传感器 • 第四节 热电偶传感器 • 第五节 热电阻传感器 • 第六节 压电式传感器 • 第七节 超声波传感器 • 第八节 振弦式传感器
第九节 光电式传感器 第十节 红外式传感器 第十一节 激光式传感器 第十二节 光纤式传感器 第十三节 霍尔式传感器 第十四节 热敏传感器 第十五节 气敏式传感器
❖ 价格低廉 ❖ 品种繁多
Leabharlann Baidu
❖ 薄膜式
工作原理
• ②、半导体应变片
半导体应变片是根据压阻效应原理工作的，即对 一块半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应 力时，其电阻率会发生变化。
d
r E
dR R
(1 2)
r E
其中 r为纵向压阻系数，E为弹性模数， 为纵向应变
dR R
r E
k
特性-横向效应
Z1Z3 Z2Z4
温度误差及其补偿
(1)应变片本身电阻随温度的变化引起的误差
R t = R0 (1+ α△t) R0 R0α△t △R t R t R0 R0α△t
(2)应变片材料的线膨胀系数和基底材料的线膨胀系 数不同引起的误差 ls l0st lg l0 g t △ls
l0
△lg
Uo
U
(
R1R2 R1 R2
)2
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
R4
R2 U0
R3
(4) 全等电桥
U
R1 R2 R3 R4 且四个电阻均为应变片
Uo
U 4
k (
r
r)
U 2
k (1
)
KU
Uo
U 2
k(1 )
测量电路
几个结论:
✓ 产生相同应变的应变片不能接在相邻的桥臂，否则桥路的 输出电压恒等于零
二、传感器的分类
二、传感器的分类
Chap 4 非电量的电测技术
• 第一节 电阻式传感器 • 第二节 电感式传感器 • 第三节 电容式传感器 • 第四节 热电偶传感器 • 第五节 热电阻传感器 • 第六节 压电式传感器 • 第七节 超声波传感器 • 第八节 振弦式传感器
第九节 光电式传感器 第十节 红外式传感器 第十一节 激光式传感器 第十二节 光纤式传感器 第十三节 霍尔式传感器 第十四节 热敏传感器 第十五节 气敏式传感器
U 2
k
测量电路
R1
Uo
U
(
R1R2 R1 R2
)2
( R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
R4
R2 U0
R3
(3) 非对称电桥
U
R1 R4 和 R2 R3 ，且令 R2 / R1 R3 / R4 a
Uo
aU (1 a)2
k (1
)
KU
aU (1 a)2
k(1 )
测量电路
R1