第三章现代传感器技术-电阻电容电感传感器
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
线性变化进行线性化。
07.10.2020
传感器引线电阻的影响
5
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 偏转法：用恒压源供电测量电阻电流，或用恒流源供电测 量电阻电压；两者是最简单的偏转法。 右图为恒流激励电阻测量法，给定激励电压Ur，参考电阻Rr 的电流Ir = Ur /Rr，传感电阻的电压为 Uo与初Uo值为IrRRo的UR传rr R感o(电1阻xR)的变化率x 呈线性关系，但存在零位电压UrRo/Rr。 若x<<1，则对应x的输出叠加在一个大零位电压上。 该电路适合x较大的情况，如热敏电阻等。
分压法：
常用于测阻值变化范围很大的传感器及非线性敏感电阻。
– –
检测方法如图所示，其中图（a）的输出电压：Uo
传感器电阻值
R Ur Uo Uo
Rr
Rr
Ur R Rr
–
若R与Rr交换位置，则
R Uo Ur Uo
Rr
– 分压电路中的电流与被测电阻有关，
输出电压与电阻不是线性关系。
此特性有时可用于非线性传感器的非线性校测正量电。阻的分压器法
R3 R4R2/R1
即被测的R3的变化正好与为使电桥 平衡而须调节的R4的变化成正比。 – 达到上式所反映的平衡态与电源电 压或电流及其可能变化无关，与平 惠斯通电桥的平衡测量法 衡态检测器的类型（电压或电流）或检测器的阻抗也无关。 由于仅需指示平衡，检测器无需线性。
07.10.2020
10
3.1 电阻传感与电阻的测量
原理：
通过各种途径或方式（如受力作用、加热、冷却），可将 被测量的变化转换成电阻值变化，测量阻值变化而得到被测 量。 器件：
敏感电阻，品种类型很多； 特点： 作为敏感元件或转换元件的电阻对不同参量敏感的原理或 方式虽有差异，但都存在确定的一一对应关系。
07.10.2020
3
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
电桥法
– 对远距离使用的传感器进行高精度测量时，须考虑引线电 阻的影响。
– 一些电阻温度系数很小的导体，如康铜和锰铜，其电阻率
高，而铜导线电阻率低，但电阻温度系数大，温度变化可
带来显著误差。
采用右图所示三引线法可克服此
问题，其引线1和3须相同且经受
对于高精度要求，无论恒压或恒流激励，都需考虑电源稳 定性的影响。
07.10.2020
4
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
1）应考虑的主要问题与对策 电阻自热：自热导致阻值变化，影响分辨率或测量精度； 需控制工作电流或散热，具体通过对发热导致的允许温升 来计算控制电流大小或所需散热条件。 引线电阻：影响对小电阻测量的准确性；使用三、四线制 元件，电流源的输出阻抗和电压表的输入阻抗足够大； 非线性：导致测量的非线性误差； 可通过信号调理电路对电阻的非
熟、易实现； • 制作电阻、电容器件的许多材料具有敏感功能； • 以磁场为媒介，一些物理量能使电感线圈的参数变化从
而感知被测量； • 电阻、电容及电感容易与后接电路耦合，从而也容易借
助对电压、电流、频率等电信号的测量实现对这三种电 量的测量。
07.10.2020
2
3.1 电阻传感与电阻的测量
• 3.1.1电阻传感原理与器件
07.10.2020
8
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
分压法：
– 上图（b）所示分压器电路的优点是有源电路的驱动负载能
力强，与下一级电路连接方便，传感器电阻上的电压降就
是激励电压Ur，不会随传感器的电阻变化而改变。
– 同样，R与Rr交换位置，得到输出与R变化率x的线性关系
相同温度变化。引线2则无关紧要。 惠斯通电桥的三引线平衡测量法 用前述四引线法可完全克服引线影
响，但成本相对增加。
07.10.2020
11
07.10.2020
6
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 若通过调理电路从输出中减去零位电压，如取Rr＝Ro，则 从Uo中减去IrRr得到输出：Us= Uo−IrRr= Ur(1+x)−Ur= Urx
偏转法中的双读数 (比例)法- 先读固定电阻端电压Ur=IRr； 再读串接的待测电阻端电压Uo=IRwk.baidu.com；计算可得：
Ro RrUo/Ur 若Rr≈Ro，则两次读数的电压表误差相似， 并且在取商时误差将相互抵消。通常在测量 范围内，选择Rr=Rmax。 优点：测量时只需一个精密电阻元件。
07.10.2020
恒流激励的电阻测量双读数法
7
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
• 3.1.2 电阻测量方法
重要性：以电阻实现准确感知，要求准确测量敏感电阻阻 值及其变化；
测量方法：按阻值大小分类，选用适当的测量方法。
电阻可分为低阻(毫欧~约10Ω)、中阻(10Ω～100 kΩ)、高
阻（兆欧级）、超高阻值（109Ω以上）。 一般中高阻值的测量常用伏安法； 低阻值的测量需要能克服被测电阻引线电阻和接触电阻的 影响的方法； 超高阻值的测量常用基于电容充电原理的测量方法，例如 采用运算放大器与数字测量结合的方法。
现代传感器技术
—面向物联网专业
第二篇 基本感测原理和效应及器件 --基本电参量的传感原理与测量
07.10.2020
1
3. 基本电参量的传感原理与测量
• 基本电参量传感与测量方法的重要性
• 信息系统中尤其是计算机处理的信息主要是电信息； • 许多传感器能通过多种变换把被测量或其变化转换成电
阻、电容、电感、电流、电压等基本电参量； • 测量电压、电流、频率等电信号的方法与技术相对成
Uo
Ur Rr
RUr Rr
Ro(1x)
– 显然，在x很小时，测量效果受零位电压影响。
– 分压器法一般不适于测电阻变化范围很小(x<<1)的情况。
07.10.2020
9
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 电桥法：惠斯通电桥常用于测量小阻值变化。
– 最简方法即平衡测量法（零示法），利用电动或手动反馈 来调节标准电阻大小，直到图中电桥平衡，即Uo=0，此时
07.10.2020
传感器引线电阻的影响
5
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 偏转法：用恒压源供电测量电阻电流，或用恒流源供电测 量电阻电压；两者是最简单的偏转法。 右图为恒流激励电阻测量法，给定激励电压Ur，参考电阻Rr 的电流Ir = Ur /Rr，传感电阻的电压为 Uo与初Uo值为IrRRo的UR传rr R感o(电1阻xR)的变化率x 呈线性关系，但存在零位电压UrRo/Rr。 若x<<1，则对应x的输出叠加在一个大零位电压上。 该电路适合x较大的情况，如热敏电阻等。
分压法：
常用于测阻值变化范围很大的传感器及非线性敏感电阻。
– –
检测方法如图所示，其中图（a）的输出电压：Uo
传感器电阻值
R Ur Uo Uo
Rr
Rr
Ur R Rr
–
若R与Rr交换位置，则
R Uo Ur Uo
Rr
– 分压电路中的电流与被测电阻有关，
输出电压与电阻不是线性关系。
此特性有时可用于非线性传感器的非线性校测正量电。阻的分压器法
R3 R4R2/R1
即被测的R3的变化正好与为使电桥 平衡而须调节的R4的变化成正比。 – 达到上式所反映的平衡态与电源电 压或电流及其可能变化无关，与平 惠斯通电桥的平衡测量法 衡态检测器的类型（电压或电流）或检测器的阻抗也无关。 由于仅需指示平衡，检测器无需线性。
07.10.2020
10
3.1 电阻传感与电阻的测量
原理：
通过各种途径或方式（如受力作用、加热、冷却），可将 被测量的变化转换成电阻值变化，测量阻值变化而得到被测 量。 器件：
敏感电阻，品种类型很多； 特点： 作为敏感元件或转换元件的电阻对不同参量敏感的原理或 方式虽有差异，但都存在确定的一一对应关系。
07.10.2020
3
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
电桥法
– 对远距离使用的传感器进行高精度测量时，须考虑引线电 阻的影响。
– 一些电阻温度系数很小的导体，如康铜和锰铜，其电阻率
高，而铜导线电阻率低，但电阻温度系数大，温度变化可
带来显著误差。
采用右图所示三引线法可克服此
问题，其引线1和3须相同且经受
对于高精度要求，无论恒压或恒流激励，都需考虑电源稳 定性的影响。
07.10.2020
4
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
1）应考虑的主要问题与对策 电阻自热：自热导致阻值变化，影响分辨率或测量精度； 需控制工作电流或散热，具体通过对发热导致的允许温升 来计算控制电流大小或所需散热条件。 引线电阻：影响对小电阻测量的准确性；使用三、四线制 元件，电流源的输出阻抗和电压表的输入阻抗足够大； 非线性：导致测量的非线性误差； 可通过信号调理电路对电阻的非
熟、易实现； • 制作电阻、电容器件的许多材料具有敏感功能； • 以磁场为媒介，一些物理量能使电感线圈的参数变化从
而感知被测量； • 电阻、电容及电感容易与后接电路耦合，从而也容易借
助对电压、电流、频率等电信号的测量实现对这三种电 量的测量。
07.10.2020
2
3.1 电阻传感与电阻的测量
• 3.1.1电阻传感原理与器件
07.10.2020
8
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
分压法：
– 上图（b）所示分压器电路的优点是有源电路的驱动负载能
力强，与下一级电路连接方便，传感器电阻上的电压降就
是激励电压Ur，不会随传感器的电阻变化而改变。
– 同样，R与Rr交换位置，得到输出与R变化率x的线性关系
相同温度变化。引线2则无关紧要。 惠斯通电桥的三引线平衡测量法 用前述四引线法可完全克服引线影
响，但成本相对增加。
07.10.2020
11
07.10.2020
6
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 若通过调理电路从输出中减去零位电压，如取Rr＝Ro，则 从Uo中减去IrRr得到输出：Us= Uo−IrRr= Ur(1+x)−Ur= Urx
偏转法中的双读数 (比例)法- 先读固定电阻端电压Ur=IRr； 再读串接的待测电阻端电压Uo=IRwk.baidu.com；计算可得：
Ro RrUo/Ur 若Rr≈Ro，则两次读数的电压表误差相似， 并且在取商时误差将相互抵消。通常在测量 范围内，选择Rr=Rmax。 优点：测量时只需一个精密电阻元件。
07.10.2020
恒流激励的电阻测量双读数法
7
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法
• 3.1.2 电阻测量方法
重要性：以电阻实现准确感知，要求准确测量敏感电阻阻 值及其变化；
测量方法：按阻值大小分类，选用适当的测量方法。
电阻可分为低阻(毫欧~约10Ω)、中阻(10Ω～100 kΩ)、高
阻（兆欧级）、超高阻值（109Ω以上）。 一般中高阻值的测量常用伏安法； 低阻值的测量需要能克服被测电阻引线电阻和接触电阻的 影响的方法； 超高阻值的测量常用基于电容充电原理的测量方法，例如 采用运算放大器与数字测量结合的方法。
现代传感器技术
—面向物联网专业
第二篇 基本感测原理和效应及器件 --基本电参量的传感原理与测量
07.10.2020
1
3. 基本电参量的传感原理与测量
• 基本电参量传感与测量方法的重要性
• 信息系统中尤其是计算机处理的信息主要是电信息； • 许多传感器能通过多种变换把被测量或其变化转换成电
阻、电容、电感、电流、电压等基本电参量； • 测量电压、电流、频率等电信号的方法与技术相对成
Uo
Ur Rr
RUr Rr
Ro(1x)
– 显然，在x很小时，测量效果受零位电压影响。
– 分压器法一般不适于测电阻变化范围很小(x<<1)的情况。
07.10.2020
9
3.1 电阻传感与电阻的测量
3.1.3 电阻测量需考虑的常见问题与一般方法
2）一般方法 电桥法：惠斯通电桥常用于测量小阻值变化。
– 最简方法即平衡测量法（零示法），利用电动或手动反馈 来调节标准电阻大小，直到图中电桥平衡，即Uo=0，此时