电阻式传感器电路

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电阻式传感器

外形图
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器原理
内部图
外形图展开图
(8)应变片式传感器应用
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
1、称重式料位计
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
2、电子皮带秤
电子皮带称的称重框架示意图
(8)应变片式传感器应用
(一)柱式力传感器应用
西门子称重传感器（内部结构）
弯曲横梁（弹性体）
应变片
西门子称重传感器（内部结构）
拉伸
压缩
称重传感器—测量电路
西门子称重传感器(附件)
①支撑件
导向套件
密封圈
自定位螺栓
西门子称重传感器(附件)
②固定支架
西门子称重传感器(附件)
②固定支架
顶板
限制振动，防举起装置
过载保护
底板
传感器固定螺丝钉
2、电子吊车秤
卷扬筒传感器
信号电缆
防扭转臂定滑轮
传感器
动滑轮
荷重传感器安装在吊车上的方式
荷重传感器安装在钢丝绳固定端方式
(8)应变片式传感器应用
(二)梁式力传感器原理
梁的固定端宽度为b0，自由端宽度为 b ，梁长为 L ，梁厚为 h 。这种弹性元件的特点是，其截面沿粱长方向按一定规律变化，当囊中力 F 作用在自由端时，距作用力任何距离z的截面上应力a相等。因此，沿着这种梁的长度方向上的截面抗弯模量Ⅳ的变化与弯矩 M 的变化成正比．即：
二、电阻式传感器
(2)应变效应金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相
应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象
称为“应变效应”，用来产生应变效应的细导体称为

电阻应变式传感器的测量电路

图1 电子秤平剖图1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４弹性体５补偿电阻６可调支撑脚７底座如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。

弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。

研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。

非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。

由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。

为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。

经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。

该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。

根据图1a所示的结构形式：ε＝M／W．E （1）式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。

对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V0和桥压Vi有如下关系：V 0＝GF．ε．Vi（2）式中：GF为应变电阻的应变系数。

将式（1）代入式（2），可得：V 0＝GF．M．Vi／W．E （3）对于矩形截面，W＝1／6b．h2式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。

由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。

若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M：M＝F（L／2－X）／2 （4）以式（4）代入式（3），可得：V 0＝3F（L／2－X）GF．Vi／b．h2．E （5）由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。

)(434211R R R R R R E +-+=))((43214231R R R R R R R R E ++-•电阻应变式传感器的测量电路电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。

三、电阻式传感器接口电路的设计

实验三电阻式传感器的仿真与接口电路设计首先介绍一款应变片传感器YZC-1B称重传感器。

它的主要参数见下表。

额定载荷：3,5,8,10,15,20,25,30, 35,40,45kg绝缘电阻：≥5000MΩ工作温度范围：-40 ～+80℃灵敏度：2.0±0.002mv/v 安全过载：150%F.S综合误差：±0.02%F.S 极限过载：200%F.S 蠕变：±0.02%F.S推荐激励电压：10～12V(DC)零点平衡：±1%F.S最大激励电压：15V零点温度影响：±0.02%F.S/10℃密封等级：IP67输出温度影响：±0.02%F.S/10℃材质：铝合金输入电阻：405±5Ω电缆：线长：0.3～3m；直径：￠4mm 输出电阻：350±3Ω输入+：红；输入-：黑；输出+：绿；输出-：白这种传感器主要的应用领域是电子计价秤、计重秤等小台面电子秤。

它的外观是这样的。

这个实验里首先对这样一款传感器进行仿真，然后设计一个接口电路，使其具有测量压力（重量）的功能。

电阻应变片的工作原理基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随着压力的变化而变化。

对于金属导体，导体变化率△R/R的表达式为:△ R/R ≈(1＋2μ)ε式中μ为材料的泊松系数；ε为应变量。

通常把单位应变所引起电阻值相对变化称作电阻丝的灵敏系数。

对于金属导体，其表达式为:K＝△R/R＝(1＋2μ)所以△R/R＝Kε。

在外力作用下，应变片产生变化，同时应变片电阻也发生相应变化。

当测得阻值变化为ΔR时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为:σ＝Eε式中：σ为应力；ε为应变量（为轴向应变）；E为材料的弹性模量（kg／mm2）。

又知，重力G与应力σ的关系为G＝㎎＝σs 。

式中：G为重力；S为应变片截面积。

电阻式传感器

结构组成与特点
结构组成
电阻式传感器主要由电阻元件、电极和绝缘体等部分组成。其中，电阻元件是核心部分，其电阻值随被测量（如温度、压力、位移等）的变化而变化。
特点
电阻式传感器具有结构简单、体积小、重量轻、价格低廉等优点。同时，由于电阻元件与被测量直接接触，因此响应速度较快，且易于实现小型化和集成化。
性能参数及指标
灵敏度
线性度
电阻式传感器的灵敏度表示为单位被测量变化引起的电阻值变化量。灵敏度越高，传感器的测量精度和分辨率就越高。
线性度是指传感器输出量与输入量之间的线性关系程度。线性度越好，传感器的测量误差就越小。
稳定性
抗干扰能力
稳定性是指传感器在长时间使用过程中保持其性能参数不变的能力。稳定性越好，传感器的使用寿命就越长。
THANKS。
04
电阻式传感器信号处理与接口电路
信号处理电路设计
01
02
03
放大电路
采用差分放大电路，减小共模干扰，提高信号放大倍数。
滤波电路
设计低通滤波器，滤除高频噪声，保证信号平滑。
A/D转换电路
将模拟信号转换为数字信号，便于后续数字处理。
接口电路实现方式
线性化接口电路
通过线性化电路将电阻式传感器的非线性输出转换为线性输出。
电阻式传感器
汇报人：XX
contents
目录
• 电阻式传感器概述 • 电阻式传感器结构与性能 • 电阻式传感器测量原理与方法 • 电阻式传感器信号处理与接口电路 • 电阻式传感器应用实例分析 • 电阻式传感器发展趋势与挑战
01
电阻式传感器概述
定义与工作原理
定义
电阻式传感器是一种利用被测物理量（如压力、位移、温度等）引起的电阻变化来测量该物理量的装置。

《电阻应变式传感器》课件

薄膜电阻应变式传感器利用薄膜材料制作，具有高灵敏度、低热误差等特点；微型电阻应变式传感器则具有体积小、重量轻、易于集成等优点，常用于微机电系统等领域。
03
电阻应变式传感器的测量电路
直流电桥测量电路
优点
简单、可靠、稳定性好。
缺点
对温度变化敏感，需要采取温度补偿措施。
交流电桥测量电路
优点
对直流电源的稳定性要求较低，可以减小电源波动对测量结果的影响。
在工业生产过程中，电阻应变式压力传感器被广泛应用于压力控制、流量控制等场合，如气瓶压力监测、管道压力监测等。
汽车行业
汽车发动机、气瓶、刹车系统等都需要用到压力传感器，来监测和控制各种气体和液体的压力。
位移传感器的应用实例
自动化生产线
在自动化生产线上，位移传感器被用来检测和控制系统中的物体位置，如机器人手臂的定位、传送带的物体位置检测等。
电阻应变式传感器
目录
• 电阻应变式传感器简介 • 电阻应变式传感器的类型与特性 • 电阻应变式传感器的测量电路 • 电阻应变式传感器的误差来源与补偿方法 • 电阻应变式传感器的应用实例
01
电阻应变式传感器简介
定义与工作原理
定义
电阻应变式传感器是一种将应变转换为电阻变化的传感器，通过测量电阻的变化来测量受力状态。
总结词
半导体应变式传感器具有高灵敏度、低温度系数和良好的线性等优点。
详细描述
半导体应变式传感器利用半导体的压阻效应，即当半导体受到外力作用时，其电阻值会发生变化。这种传感器常用于测量加速度、压力和振动等物理量。
陶瓷电阻应变式传感器
总结词
陶瓷电阻应变式传感器具有耐高温、耐腐蚀、高绝缘性和良好的稳定性等特点。

电阻式传感器

成正比，即K 为常数。
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5
金属应变片受轴向力作用时，其灵敏系数为
K12d/12
R
半导体应变片的电阻率相对变化量与半导体敏感元件在轴向所受的应变力有关，其关系为
dE
式中： π——半导体材料的压阻系数; σ——半导体材料的所受应变力; E——半导体材料的弹性模量;
对于不同的金属材料，K 略微不同，一般为2左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率
会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。
在材料力学中， =/l称为电阻丝的轴向应变，也称纵向应变，是量纲为1的数。通常很小，常用10-6表示之。例如，当为0.000001时，在工程中常表示为110-6或
U g Ig R g R 1 R 2 R 3 R 4 E R 1 g R [ 1 R R 1 4 R 2 R R 2 3 R 3 R 4 R 3 R 4 R 1 R 2 ]
当R1R4=R2R3时，Ig=0，Ug=0，即电桥处于平衡状态。若电桥的负载电阻Rg为无穷大，则B、D两点可视为开路，上式可以化简为
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4.焊接：将引线和端子用烙铁焊接起来，注意不要把端子扯断。
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5.固定：焊接后用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止损坏引线和应变片。
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3、应变片的温度误差及补偿
1. 应变片的温度误差
由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。
此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件下201，9/11温/3 度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点。27

第2章---电阻式传感器

eebbay
Uxmax / Uxm a x
n
100 %
1 n
100
%
图2-5 理想阶梯特性曲线
电阻式传感器
理论直线：
过中点并穿过阶梯线的直线。阶梯曲线围绕其上下跳动，从而带来一定的误差，这就是阶梯误差。
j
(1 Umax) 2n Umax
1 2n
100%
图2-5 理想阶梯特性曲线
二、非线性电位器
电阻式传感器
2.2 电阻应变式传感器--应变片
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。
电阻式传感器一、电阻应变片的工作原理
提出问题
金属丝受拉或受压时，l、r 和 R 将如
何变化？
电阻式传感器
一.线性电位器的空载特性
当被测量发生变化时，通过电刷触点在电阻元件上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，即可实现位移(被测量)与电阻之间的线性转换。
电阻式传感器
Ux
Байду номын сангаас
Rx Rmax
U max
x xmax
U max
Rx
Rmax xmax
x kRx
Ux
U max xmax
x
ku x
电阻式传感器二、电阻应变片的主要特性
例如果将100 的电阻应变片贴在弹性
试件上，试件受力横截面积S＝0.5×10－4 m2，弹性模量E＝2×1011 N/m2，若有F＝5×104 N的
拉力引起应变片电阻变化为1 。试求该应变片的灵敏系数。
电阻式传感器
二、电阻应变片的主要特性

传感器电路设计与分析

传感器电路设计与分析在现代科技的发展中，传感器技术起到了举足轻重的作用。

作为测量和检测物理量的重要工具，传感器在各个领域应用广泛，如工业控制、医疗设备、汽车制造等。

传感器电路的设计与分析对于传感器的性能和稳定性至关重要。

本文将介绍传感器电路的设计原理、常见的传感器电路类型以及电路分析方法，以帮助读者更好地理解和应用传感器电路。

一、传感器电路设计原理传感器电路的设计原理基于信号的传递和转换。

传感器接收外部的物理量信息，并将其转换为电信号输出。

设计一个有效的传感器电路需要考虑以下几个方面：1. 传感器性能要求：根据应用需求确定传感器的输入和输出范围、精度、灵敏度等参数。

例如，温度传感器需要能够测量一定范围内的温度变化，并输出相应的电压或电流信号。

2. 信号转换电路：传感器的输出信号通常需要经过信号转换电路进行放大、滤波、线性化等处理，以获得可用的电信号。

放大电路可以使用运算放大器等元件进行放大增益的调整。

3. 噪声抑制：传感器会受到各种干扰源的影响，例如电源噪声、环境干扰等。

在传感器电路设计中，需要采取一些措施来减小这些干扰源对信号的影响，以提高测量的准确性和稳定性。

二、常见的传感器电路类型根据传感器的工作原理和应用需求，传感器电路可以分为几种常见类型：1. 电阻式传感器电路：电阻式传感器通常通过改变器件的阻值来感知物理量的变化。

常见的电阻式传感器有温度传感器、压力传感器等。

电阻式传感器电路的设计可以使用电桥、差分放大电路等。

2. 容性传感器电路：容性传感器利用电容的变化来感知物理量的变化。

例如，湿度传感器可以测量环境中的湿度变化。

容性传感器电路设计常常需要考虑电容的充放电过程以及放大电路的设计。

3. 感应式传感器电路：感应式传感器利用感应原理来感知物理量的变化。

例如，磁力传感器可以测量磁场的变化。

感应式传感器电路设计涉及到信号的放大和滤波。

4. 光电传感器电路：光电传感器通过光敏元件接收光信号，并将其转换为电信号。

电阻式传感器

所谓指示应变ε指是指经过校准的应变仪的应变读数，它是与应变片的ΔR/R相对应的。真实应变ε真是应变片的实际应变值。
30
图3-6 应变片的应变极限
第3章电阻式传感器
一般情况下，影响应变极限大小的主要因素是粘合剂和基底材料的性能。如使用过期的粘合剂，因粘合剂与基底材料固定不充分，胶层与基底太厚等，都会使应变极限达不到要求。
弹性模量是物质所具有的一种属性，它表示某种材料反抗形变的能力。
物体单纯受张应力或压应力作用时，其应力与应变的比值称为杨氏模量。 E F S Fl
l l Sl 14
第3章电阻式传感器
电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变
Hale Waihona Puke 化的现象称为金属的电阻应变效应。
（3-1）
式中：ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度； A ——电阻丝的截面1积6
第3章电阻式传感器
当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小 ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，为研究电阻值的变化，将（3-1）式取自然对数：
ln R ln ln L ln A
dr dL
r
L
（3-4）
μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示轴向和径向应变方向相反
(dL为正时，dr为负）。
18
第3章电阻式传感器
将 dA 2 dr 2 、 dL
Ar
L
代入
dR dL dA d
R LA
得
dR (1 2) d
R
（3-5）
19
第3章电阻式传感器
或
dR R (1 2) d

电阻式传感器测量原理和测量电路

电阻式传感器测量原理和测量电路
一、电阻式传感器测量原理
电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变化，再经过转换电路变成电量输出。

根据传感器组成材料变化或传感器原理变化，产生了各种各样的电阻式传感器，主要包括压敏式传感器、热敏传感器、光敏传感器、湿敏传感器。

电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度和温度等非电量参数。

电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。

二、电阻式传感器测量电路
以典型的固态压阻式压力传感器为例，硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时，其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化。

用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。

利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻，构成惠斯登电桥（Wheatstone bridge），利用硅材料的弹性力学特性，在同一片硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。

再给传感器匹配一个放大电路及相关外围部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。

图1 硅压阻式压力传感器结构及等效原理图
图2 恒流驱动典型电路
硅压阻式传感器一般对温度比较敏感，但随着集成工艺技术的进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性也得到进一步提高，而且在新一代的传感器中，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动修调等技术所替代，传感器的温度系数已经非常小了，工作温度范围也大幅度提高了。

电阻式传感器测量电路

若电桥初始平衡，且R =R2 =R3=R4=R，当第一桥臂电阻R1 变为R1+ΔR1 时，电桥输出电压为：
RR 1 1 U0 I IR （2 44） R 4 R R 4 1 4R 若满足ΔR1<<R1 ，则
1 U 0 IR U 0 4 （2 45）
输出电压与ΔR成正比，即与被测量成正比。输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关，与温度无关。
（2 41）
1 Z1 U SR 2 Z1
（2 42）
③ 全桥差动电路 U SC U SR
Z1 Z1
（2 43）
3. 交流电桥的调平方法由于引线产生的分布电容的容抗(引线电感忽略)、供电电源的频率及被测应变片的性能差异，交流电桥的初始平衡条件
和输出特性都将受到严重影响，因此必
2. 非线性误差使用恒流源的非线性误差为：
R U0 R R 4 R rI ' 1 （2 46） U0 4 R R 1 R 4R 4R
若采用恒压源，非线性误差为：
1 R 1 R 2 R rE 1 1 R 1 R 2 R 1 1 2 R 2 R
C2
R1 USC
R2 USC
R2 C4
USR
R3 R4
C3
R3 USR
R4
~
图2-15 交流电桥平衡调节
~
2.4.3 恒流源电桥
半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体
应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措
施外，一般还采用恒流源.
1. 电桥输出电压与电阻变化量的关系
若右图所示的电路输入
阻抗较高，则有：
（2 47）
2. 影响压阻系数的因素

第二章电阻式传感器

R1 R4 =R2 R3 或
R1 /R2 =R3 /R4
(2-22)
2．电压灵敏度
若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥
输出的电压为:
R3 R1 R4 R2 R3 RR4 R1 R1 U0 E( ) E R1 R1 R2 R3 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) R`1 R4 R1 R3 R1 R4 E E R1 R2 R4 ( R1 R1 R2 )( R3 R4 ) (1 )(1 ) R1 R1 R3
1 Uo 2 n ei Uo 1 100% 100% 2n
3．非线性线绕电位器结构
(1) 用曲线骨架绕制的非线性变阻器; (2) 三角函数变阻器;
D L

Uo
D L sin 2 UO L 1 1 Ui D 2 2
x
dx
b
Ui
Ui U O sin 2
碳膜电位器：是目前使用最多的一种电位器。其电阻体是用碳黑、石墨、石英粉、有机粘合剂等配制的混合
物，涂在马蹄形胶木板或玻璃纤维板上制成的。
优点：分辨率高、阻值范围宽；缺点：滑动噪声大、耐热耐湿性不好。
金属膜电位器：其电阻体是用金属合金膜、金属氧化膜、金属复合膜、氧化钽膜材料通过真空技术沉积在陶瓷基体上制成的,如铂铜、铂锗、铂铑金等。优点：温度系数小、分辨率高、滑动噪声较合成碳膜电位器小；缺点：阻值范围小、耐磨性不好
出电压阶梯的最大值与最大输出电压之比的百分数。具有理想阶梯特性线绕电位
Uo 1 Re n 100% 100% Uo n
计，其理想的电压分辨率为
电位器的电刷行程来说，又有行程分辨率，其表达式为

3.2 电阻式传感器的测量电路和典型应用

（1）半桥差动的电桥连接方式？（2）电桥输出电压的计算？（3）电桥灵敏度的衡量？
全桥
阅读并分析：P45-P46
（1）全桥差动的电桥连接方式？（2）电桥输出电压的计算？（3）电桥灵敏度的衡量？
直流电桥的三种工作方式
单臂电桥:即R1为应变片，R2、R3、R4为固定电阻，ΔR2～ΔR4 均为零。
➢ 应变式位移传感器
应变式容器内液体重量传感器
微压传感器电阻应变敏感元件
传压杆
感压膜
h
R2 RL
R4 R0
U1 R1
Rt
R3
Uo
R4
R2 RL
R0
U2
R1
Rt
R3
提问：参考P48 请说明图3-18的传感器工作过程？
工作过程说明：传感器有一根传压杆，上端安装微压传感器，为了提高灵敏度，共安装了两只。下端安装感压膜，感压膜感受上面液体的压力。当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。
双臂电桥：即R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻，R3=ΔR4=0。全桥工作方式：即电桥的4个桥臂都为应变片。
全桥4臂灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂灵敏度最低。
➢ 交流电桥
阅读并分析：P46
（1）为什么会使用交流测量电桥？（2）交流电桥的开路输出电压？（3）交流电桥的平衡条件？
3.3 典型应用
阅读并分析：P53-P54
电阻式差压传感器的工作过程是什么？
在硅膜片上，用扩散掺杂法做成四个阻值相等的电阻，构成平衡电桥。仪表被硅膜片分成高压和低压两个腔室。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应电压，该电压大小与膜片两边的压力差成正比，从而可以测取膜片所受压力差值。

电阻式传感器的测量电路

2.温度的补偿
单丝自补偿应变片
材料的被测试件，其线膨胀系数都为确定值，可以在有关的材料手册中查到。在选择应变片时，若应变片的敏感栅是用单一的合金丝制成，并使其电阻温度系数和线膨胀系数满足条件，即可实现温度自补偿。具有这种敏感栅的应变片称为单丝自补偿应变片。
单丝自补偿应变片的优点是结构简单，制造和使用都比较方便，但它必须在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用，否则不能达到温度自补偿的目的。
2.温度的补偿
电路补偿法(3)
不另加专门的补偿块，而是将补偿片贴在被测试件上，这样既能起到温度补偿作用，又能提高输出的灵敏度。
图(a)为一个梁受弯曲应变时，应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2的阻值变化的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。图(b)是受单向应力的构件，将工作应变片R2的轴线顺着应变方向，补偿应变片R1的轴线和应变方向垂直，R1和R2接入电桥相邻臂。
R3 USC
R4
2.温度的补偿
电路补偿法(2)
测量应变时，使用两个应变片，一片贴在被测试件的表面，图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上，图中R2，称为补偿应变片。在工作过程中补偿块不承受应变，仅随温度发生变形。由于R1与R2接入电桥相邻臂上，造成ΔR1t与ΔR2t相同，根据电桥理论可知，其输出电压USC与温度无关。当工作应变片感受应变时，电桥将产生相应输出电压。
R1
R2
补偿应变片粘贴示意图
2.温度的补偿
电路补偿法(2)
为达到完全补偿，需满足下列三个条件： ①R1和R2须属于同一批号的，即它们的电阻温度系数α、线膨胀系数β 、应变灵敏系数K都相同，两片的初始电阻值也要求相同； ②用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等； ③两应变片处于同一温度环境中。此方法简单易行，能在较大温度范围内进行补偿。缺点是三个条件不易满足，尤其是条件③。在某些测试条件下，温度场梯度较大，R1和R2很难处于相同温度点此，电桥的输出为： 1 1 U SC U BD I R R RT I R R RT

实验二电桥测试(电阻式传感器的单臂、全桥电桥性能)实验

实验二电桥测试（1）电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。

2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。

3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥，差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路1、电阻应变式传感如图1-1所示。

传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、（双臂）半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。

1─外壳2─电阻应变片3─测杆4─等截面悬臂梁5─面板接线图图1-1 电阻应变式传感器2、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝KΔL/ L=Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。

通过施加外力引起应变片变形，测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。

ρρεμd K S 1)21(++=对于金属应变片，K s 主要取决于式中的第一项。

金属的泊松比通常在0.3左右，对于大多数金属K s 取2。

本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。

3．电桥的工作原理和特性（1）电桥的工作原理图2 是一个直流电桥．A 、C 端接直流电源，称供桥端，U o 称供桥电压；B 、D 端接测量仪器，称输出端U BD =U BC +U CD =U O [R 3/(R 3+R 4)-R 2/(R 1+R 2)] 1）由式（1）可知，当电桥输出电压为零时电桥处于平衡状态．为保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（称为预调平衡）．（2）电桥的加减特性电桥的四个桥臂都由应变片组成，则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化(电阻拉伸时，阻值增加；电阻压缩时，阻值减小)，电桥也将有电压输出．当供桥电压一定而且△R i <<R i 时，d U=(∂ U/∂R 1) d R 1+(∂ U/∂R 2) dR 2+(∂ U/∂R 3) dR 3+(∂ U/∂R 4) dR 4 2) 其中U =U BD ．对于全等臂电桥，R 1=R 2=R 3=R 4=R ，各桥臂应变片灵敏系数K 相同，上式可简化为d U=0.25U O (d R 1 / R 1- d R 2 / R 2+ d R 3 / R 3- d R 4 / R 4) 3）当△Ri <<R 时，此时可用电压输出增量式表示∆ U=0.25 U O (∆ R 1 / R 1- ∆ R 2 / R 2+ ∆ R 3 / R 3- ∆ R 4 / R 4) 4）式（4）为电桥转换原理的一般形式，现讨论如下：（a ）当只有一个桥臂接应变片时（称为单臂电桥），桥臂R 1为工作臂，且工作时电阻由R 变为R +△R ，其余各臂为固定电阻R （△R 2=△R 3=△R 4=0），则式（4）变为∆ U=0.25 U O (∆ R / R)= 0.25 U O K ε 5）（b ）若两个相邻臂接应变片时（称为双臂电桥，即半桥），（见图3）即桥臂R 1、R 2为工作臂，且工作时有电阻增量△R 1、△R 2，而R 3和R 4臂为固定电阻R （∆R 3=∆R 4=0）．当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时，则有△R 1=△R 2=△R ，由式（4）可得△U =0．当一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有△R1=△R，△R2=－△R，由式（4）可得∆ U=2[ 0.25 U O (∆ R / R) ]=2 [ 0.25 U O Kε] 6)（c）当四个桥臂全接应变片时（称为全桥），（见图4），R1=R2=R3=R4=R，都是工作臂，△R1=△R3=△R，△R2=△R4=－△R，则式（4）变为∆ U=4[ 0.25 U O (∆ R / R) ]=4 [ 0.25 U O Kε] 7)此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍，比双臂工作时提高了二倍．（3）电桥的灵敏度电桥的灵敏度S u是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小S u=∆ U/(∆ R/ R)= 0.25 U O (∆ R1 / R1- ∆ R2 / R2+ ∆ R3 / R3- ∆ R4 / R4)/ (∆ R/ R) 8) 令 n=(∆ R1 / R1- ∆ R2 / R2+ ∆ R3 / R3- ∆ R4 / R4)/ (∆ R/ R) 9)则S u=0.25n U O 10)式中，n 为电桥的工作臂系数．由上式可知，电桥的工作臂系数愈大，则电桥的灵敏度愈高，因此，测量时可利用电桥的加减特性来合理组桥，以增加n 及测量灵敏度．3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压∆ U=EKε11）E---电桥转换系数：单臂E= U0/4 半桥（双臂）E= U0/2 全桥E= U04.由10）11）可知：S u、∆ U均与电桥的工作臂数、U o供桥电压成正比；但U o 供桥电压过大会使应变片的温度变大。