差动传感器和测量电桥基本介绍概述
《测量电桥》课件
根据被测电阻的值，调整平衡指示器的位置，确 保测量结果的准确性。
03
测量电桥的工作方式
直流电桥
直流电桥是测量直流电阻的装置，通 过比较两个电阻的电压降来测量电阻 值。
直流电桥的缺点是测量速度慢，不适 合动态和快速变化的电阻值测量。
直流电桥的优点是精度高、稳定性好 ，适用于高精度测量和实验室环境。
原理
测量电桥利用了平衡电路的原理，通 过调整已知电阻和未知电阻的比例， 使得测量电桥达到平衡状态，从而计 算出未知电阻的值。
测量电桥的类型
01
02
03
直流电桥
使用直流电源供电，适用 于测量低电阻的电阻值。
交流电桥
使用交流电源供电，适用 于测量高电阻的电阻值。
自动电桥
通过自动调整已知电阻和 未知电阻的比例，快速达 到平衡状态，提高了测量 效率和精度。
测量电桥的应用
电子元件检测
用于检测电子元件的电阻 值，确保其性能正常。
科学研究
在物理学、化学、生物学 等领域中，测量电桥被广 泛应用于实验研究和科学 探索。
工业生产
在电子设备、电器产品的 生产过程中，测量电桥用 于检测产品的性能和质量 。
02
测量电桥的基本组成
电源
电源的作用
为电桥提供所需电压和电流，以 驱动电桥的正常工作。
电源误差
总结词
电源误差是由于测量电桥使用的电源的不稳定或噪声引起的 误差。
详细描述
电源误差会影响测量电桥的输出电压，导致测量结果不准确 。为了减小电源误差，可以采用稳定的电源供电，对电源进 行滤波和稳压处理，以及尽可能减小电源线电阻和电感。
指示器误差
总结词
指示器误差是由于测量电桥的指示器读数不准确或响应速度慢引起的误差。
电桥测试仪原理
电桥测试仪原理
电桥测试仪是一种用来测量电阻、电感和电容等元件的仪器。
它的原理基于电桥平衡条件，即当电桥两边电势相等时，电流通过电桥中的测量电阻为零。
通过调节电桥的平衡条件，可以测量待测元件的电阻、电感或电容值。
电桥测试仪由一个交流电源、一套测量电桥和一个指示器组成。
交流电源提供稳定的交流电压，测量电桥由四个电阻分支组成，其中一个分支为待测元件。
指示器可显示电桥两边电势差是否为零，以及通过电桥的电流的大小。
在进行测量时，首先接入待测元件，并调节电桥的操作手柄，使得电桥两边的电势差为零，此时指示器指针指向零点。
接着可以根据电桥的原理公式计算出待测元件的值。
对于测量电阻，待测电阻连接在一个被称为“未知电阻”的分支上，可以根据电桥桥臂的比例关系计算出待测电阻的值。
对于测量电感，待测电感连接在一个已知电阻分支上，通过调节操作手柄，使得电桥平衡，可以利用电桥的等效电路方程计算出待测电感的值。
对于测量电容，待测电容通过一个已知电阻分支连接在电桥上，根据电桥平衡时的条件可以计算出待测电容的值。
综上所述，电桥测试仪利用电桥平衡条件来测量待测元件的电阻、电感和电容值。
通过调节操作手柄，使得电桥平衡，并利
用电桥的原理公式进行计算，可以准确地获得待测元件的参数值。
传感器概述
第一章传感器概述1．1 传感器的组成与分类1．1．1 传感器的定义✧传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
✧传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。
1．1．2 传感器的组成✧一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。
但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。
如图1-1所示。
传感器组成方块图✧常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应的传感器相配合。
1．1．3 传感器的分类✧表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出信号分类。
1．2 传感器在科技发展中的重要性1．2．1 传感器的作用与地位将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。
功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。
自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。
1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。
传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。
1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。
如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。
1．3 传感器技术的发展动向✧传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。
✧传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。
测量电桥
测量电桥
电桥的概念、优点和分类
直流电桥
交流电桥 本讲要点
Biomedical Sensors and measurements
电桥的概念
电桥是利用比较法进行电磁测量的一种测量电路， 它不仅可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感等， 而且配合不同的传感器件，可以测量很多的非电学量， 如温度、压力等。电桥在物理测量和生理测量中都有广 泛的应用。 被 测 量
if R1 R1，....,R4 R4
等臂电桥
D
V 电桥的和、差特性：相邻边两桥臂电阻变 化各自引起的输出电压相减，相对边两桥 臂电阻变化各自引起的输出电压相加。
R1 R2 R3 R4
R1 R2 R4 R3 U V 4 R1
Biomedical Sensors and measurements
交流电桥
Biomedical Sensors and measurements
交流电桥平衡条件
Z1 Z 4 Z 2 Z3 U0 U s 0 ( Z1 Z 2 )( Z3 Z 4 )
电桥平衡的条件为：
ZZe
j
Z1 Z4 Z2 Z3 0
Z1 Z 3 Z2 Z4
V Su 2
U V
Su V
四臂差动电桥
Biomedical Sensors and measurements
说明：对于等臂电桥
差动电桥输出电压 U 由驱动电源电压V和桥臂 电阻的相对变化量 R1决定，而且呈正比关系，且输 出电压幅度双臂差动电桥是单臂电桥的2倍，四臂差 动电桥是单臂电桥的4倍。由电桥灵敏度公式可知， 要提高测量电桥的灵敏度，靠提高驱动电源电压（受 桥臂元件功耗限制）和增加变化的桥臂（受测量条件限制）即可 达到。
电桥测试原理
电桥测试原理
电桥测试原理是一种测量电阻的方法，通过使用电桥电路来确定未知电阻的数值。
其基本原理是基于电桥平衡条件，即在电桥平衡时，电路中的电流为零。
电桥电路由四个分支组成，分别是两个相等的已知电阻和一个未知电阻串联在两个不同电位的电源上。
此外，电桥电路中还有一个可变的第四分支，通常是一个变阻器。
当电桥平衡时，可以通过调节第四分支电阻的值，使电桥电路中的电流为零。
根据欧姆定律，电阻与电流成正比，因此可以通过测量第四分支电阻的数值来推断未知电阻的数值。
具体操作时，首先调节第四分支电阻为一个估计值，然后使用电流表测量电桥电路中的电流。
如果电流不为零，则根据电流的方向和大小来调节第四分支的电阻，直到电流为零为止。
此时，调节过的第四分支电阻值就是与未知电阻相等的值。
电桥测试原理的优点是精度高，可以用于测量很小的电阻值。
然而，对于较大的电阻值，可能需要较大的电流来使电桥平衡，这可能会导致电桥电路的破坏或测量误差的增加。
因此，在应用电桥测试原理时需要注意电流的大小和电源的选择。
1.2 常用传感器工作原理及测量电路
三 电感式传感器工作原理
1 自感式传感器
线圈自感 L N 2 / li / i Si 2 / 0S
l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率；
S i ——各段导磁体的截面积；δ ——空气隙的厚度；
U0 ——真空磁导率;
S ——空气隙截面积
L f ,S
L f1 变气隙型传感器
差动式电感传感器
• 为了改善线性在实际中大都采用差动式， 采
用两个相同的传感线圈共用一个衔铁。
• 要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同，两个线圈的电
气参数和几何尺寸完全相同。
差动式优点：
1、线性好；
2、灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时， 输出信号大一倍；
3、温度变化、电源波动、外界干扰等对 传感器的影响，由于能够相互抵消而减小；
2C
交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比。
变压器电桥电路
➢电感式传感器和电容式传感器的转换电路还常采用变压器电 桥 ➢它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，差动传感器的两差 动电容或差动电感分别接在另两个臂
设其阻抗分别为Z1和Z2， (由于被测量使传感器的阻抗发生变化)
Z1 Z Z
Z2 Z Z
压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面 聚集电荷，电荷量相等，极性相反，相当于一个以 压电材料为电介质的电容器。可测量能变换为力的 各种物理量。
常用的压电材料
• 石英晶体 • 水溶性压电材料（酒石酸钾钠、硫酸锂、
磷酸二氢钾等）
• 铌酸锂晶体 • 压电陶瓷（钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅
系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷）
4、电磁吸力对测力变化的影响也由于能 够相互抵消而减小。
2 差动变压器传感器（互感）
传感器与检测技术知识点概括
1、传感器是能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
2、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。
3、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数4、传感器静态特性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性。
5，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨率、灵敏度、漂移、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
（请写出反映传感器的五种性能指标，及写出三种解释传感器指标？精度、分辨率、灵敏度、线性度、迟滞。
反映传感器准确度的指标是精度，反映传感器灵敏度的指标是灵敏度，反映传感器稳定性的指标是迟滞）6，传感器对随时间变化的输入量的响应特性叫传感器动态性。
7，动态特性中对一阶传感器主要技术指标有时间常数。
动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。
8，从时域（延迟时间，上升时间，响应时间，超调量）和频域（幅频特性，相频特性）两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析动态特性。
9，幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规律，相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规律。
传感器中超调量是指超过稳态值的最大值A（过冲）与稳态值之比的百分数。
电阻式传感器10，金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。
11，半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
12，金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。
13，金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
测试技术教学课件6.1电桥
智能化电桥能够自动完成参数设置、数据采集、处理、存储和传输等操作，大大提高了测试效率和准确性。同时， 智能化电桥还可以通过软件进行远程控制和监控，方便了用户的使用和维护。
微型化电桥的发展
总结词
微型化电桥是随着微电子技术和微加工技术的发展而出现的，具有体积小、重量轻、易于携带等特点 。
详细描述
测试技术教学课件6.1电桥
目录
• 电桥的基本原理 • 电桥的应用 • 电桥的测量技术 • 电桥的优缺点 • 电桥的发展趋势
01 电桥的基本原理
电桥的定义
总结词
电桥是一种测量电路，用于测量电阻、电容、电感等元件的 参数。
详细描述
电桥由四个桥臂组成，其中两个桥臂是已知参数的电阻器， 另外两个桥臂是需要测量的电阻器、电容器或电感器。通过 调节电源电压或改变桥臂的元件参数，可以使电桥达到平衡 状态，从而测量未知参数。
电阻的阻值。
03 电桥的测量技术
电桥的测量方法
直接测量法
通过直接接入电桥的测量端，读 取电桥的输出电压或电流，从而
计算出待测电阻的阻值。
比较测量法
将待测电阻与已知标准电阻分别接 入电桥，通过比较两者的输出电压 或电流，计算出待测电阻的阻值。
替代测量法
在电桥平衡状态下，用一个已知的 标准电阻替代待测电阻，通过比较 两者的输出电压或电流，计算出待 测电阻的阻值。
详细描述
高精度电桥能够实现高精度的电阻、电容、电感等参数的测量，广泛应用于科学 研究、工业生产、医疗设备等领域。随着新材料、新工艺的不断发展，高精度电 桥的测量精度和稳定性得到了显著提高。
智能化电桥的发展
总结词
智能化电桥是现代测试技术的重要发展方向，通过集成微处理器、传感器等技术，实现了电桥的自动化、智能化 测量。
电桥测电阻
电桥测电阻电桥是一种用于测量电阻器的电路装置，它是由四个电阻器或者电子元器件构成的一个平衡电桥电路。
电桥的基本原理是，通过调整电桥中的两个电阻值使得电桥两端电势差为零，从而达到测量电阻器的目的。
电桥是电学实验中最为基本和实用的仪器之一，其应用范围非常广泛，被广泛应用于工业、科研和教学等各个领域。
接下来我们将详细介绍电桥测量电阻的原理和方法。
一.电桥的基本原理电桥测量电阻的基本原理是通过调整电桥中的电阻器值使得电桥两端电势差为零的方法来确定未知电阻器的值。
具体来说，当电桥平衡时，两个对角线的电势差为零，即：U1/U2=R1/R2=R3/RX其中，R1、R2、R3分别是电桥的三个固定电阻，RX为未知电阻，U1、U2为电桥对角线上的电势差。
因此，通过测量U1、U2和R1、R2、R3的值，我们就可以计算出未知电阻器的值。
二.电桥测阻的方法1. 比例法比例法是电桥测阻中最基本的方法之一，其原理是根据两个电阻成比例关系的条件，调整电桥中的电阻大小直至达到平衡状态。
这种方法通常适用于阻值较大的电阻器的测量。
2. 片式及卡片测量法片式及卡片测量法是一种将待测电阻器分成多个已知电阻比较之后得到误差电阻的测量法。
这种方法通常适用于对较小的、精度要求较高的电阻器的测量。
3. 取对数法取对数法是电桥测量电阻的一种重要方法。
其原理是将待测电阻器与已知电阻器串联，然后在测量电压比值的基础上推算出电阻值。
由于电桥测量电阻的精度与电阻的比值成正比关系，因此将电阻的大小转化为对数关系，可以大大提高测量精度和准确性。
三.注意事项1. 电桥电路应保持平衡，充分发挥电桥的测量精度和准确性。
2. 在选择电阻器的时候，应根据被测电阻的阻值大小和精度要求进行选型。
3. 在测量过程中，应确保电桥的连接与加电顺序正确，以免对测量结果产生影响。
4. 在使用电桥测量电阻的过程中，所有电阻、电缆等接触处应保证良好的接触，以免造成误差。
总之，电桥测量电阻是电学实验中最为基本和实用的仪器之一。
电桥测量的基础知识
电桥测量的基础知识电桥是精密测量电阻或其他模拟量的⼀种有效的⽅法。
本⽂介绍了如何实现具有较⼤信号输出的硅应变计与模数转换器(ADC)的接⼝，特别是Σ-Δ ADC，当使⽤硅应变计时，它是⼀种实现压⼒变送器的低成本⽅案硅应变计硅应变计的优点在于⾼灵敏度，它通过感应由应⼒引发的硅材料体电阻变化来检测压⼒。
相⽐于⾦属箔或粘贴丝式应变计，其输出通常要⼤⼀个数量级。
这种硅应变计的输出信号较⼤，可以与较廉价的电⼦器件配套使⽤。
但是，这些⼩⽽脆器件的安装和连线⾮常困难，因⽽增加了成本，限制了它们在粘贴式应变计应⽤中的使⽤。
不过，⽤MEMS⼯艺制作的硅压⼒传感器却克服了这些弊病。
这种MEMS压⼒传感器采⽤了标准的半导体⼯艺和特殊的蚀刻技术。
这种特殊的蚀刻技术可选择性地从晶圆的背⾯除去⼀部分硅，从⽽⽣成由坚固的硅边框包围的、数以百计的⽅形薄膜。
⽽在晶圆的正⾯，每⼀个⼩薄膜的每个边上都植⼊了⼀个压敏电阻，⽤⾦属线把⼩薄⽚周边的四个电阻连接起来就形成⼀个惠斯登电桥。
最后，使⽤钻⽯锯从晶圆上锯下各个传感器。
这时，硅传感器已经初具形态，但还需要配备压⼒端⼝和连接引线⽅可使⽤。
这些⼩传感器便宜⽽且相对可靠，但受温度变化影响较⼤，⽽且初始偏移和灵敏度的偏差很⼤。
压⼒传感器实例在此给出⼀个压⼒传感器的实例，其所涉及的原理适⽤于任何使⽤类似电桥的传感器。
公式1给出了⼀个原始的压⼒传感器的输出模型。
其中，VOUT在给定压⼒P下具有很宽的变化范围，不同传感器在同⼀温度下，或者同⼀传感器在不同温度下，其VOUT都有所不同。
因此要提供⼀个⼀致的、有意义的输出，每个传感器都必须进⾏校正，以补偿器件之间的差异和温度漂移。
长期以来，校准都是通过模拟电路进⾏的。
然⽽，现代电⼦学的进展使得数字校准⽐模拟校准更具成本效益，⽽且其准确性也更好。
此外，利⽤⼀些模拟技术“窍门”，可以在不牺牲精度的前提下简化数字校准。
VOUT=VB(PS0(1+S1(T-T0))+U0+U1(T-T0)) (1)式中，VOUT为电桥输出，VB是电桥的激励电压，P是外加压⼒，T0是参考温度，S0是T0温度下的灵敏度，S1是灵敏度的温度系数(TCS)，U0是在⽆压⼒情况下电桥在温度T0时的输出偏移量(或失衡)，⽽U1则是偏移量的温度系数(OTC)。
测量电桥
Z3 Z3
Z4 Z4
)(1)
其中 Zi Ri jX i Zieii , (i 1, 2, 3, 4) 其非线性系数为：
1
1 Z2
1
Z1
Z3
Z1 Z2 ( Z2
Z4 )
Z1
Z3
Z1 Z2
Z4
3.桥臂参数比M 对电桥输出电压 UL的影响
以单臂电桥为例分析，这时：U L
• 单臂电桥 R1 0, R2 R3 R4 0
R1
R2
R3
R4
• 差动半桥 R1 R2 R , R3 R4 0
ห้องสมุดไป่ตู้
R1
R2
R R3
R4
•
相对电桥
R1 R4
R1
R4
R R
, R3 R2
R3
R2
0
•
差动全桥
R1 R2
R1
)
• 实际上
L
L1
1
1 R3 +R4
R1 +R2
R4 R3
R1 R2
• 定义非线性系数为 L1 L
L1
• 可求的：
1
1 R2
1
R3
R1
R1 R2
( R2
R4 )
1
R3
R1
R1 R2
R4
• 对半等臂电桥来说，R2 / R 1= ，在ΔRi<< Ri 时，有
• （2）平衡电桥（零位法测量电桥）：
• 其初始工作状态为平衡状态，输出u0 为零 。当桥臂随被测量变化而变化时，电桥不 平衡电压u0 送至一伺服机构。此机构将自 动调整桥臂R3 的阻值，使电桥恢复平衡。 此时电桥输出电压u0 为零。被调整桥臂电 阻R3 产生的变化（此变化通常用刻度表示 ）与被测参量成函数关系。
测量电桥原理详解分析
输出电压是半桥单臂的四倍，电桥的灵敏度是
半桥单臂的四倍。
b
R1
R2
a
c U0
R4
R3
d
U
第一节 电桥
1. 直流电桥 b
说明：以上这些特性在实际中具R1有广泛的R应2 用。
例：一个受力变形悬臂梁，a上表面受拉力，c U0
下表面受压力。
R4
R3
测量梁的应变
d U
上下表面各贴一应变片
实现温度误差的自动补偿
全桥：
1. 直流电桥
b
R1 ±ΔR1
R2 ±ΔR2
a
R4±ΔR4
d U
c U0
R3±ΔR3
U0
R1 R3
R R
R2 R4
R R
U
1
2
3
4
R R R R R
R R R R R
U 1
13
2 4 U 1
13
2 4U
0 R1 R1 R2 R3 R4
R1 R2 R3 R4
第一节 电桥
1. 直流电桥
第一节 电 桥原理详解
R1
R2
R4
R3
U
电桥：由首尾相联四个阻
抗构成，其对角端
分别为供桥电源和
U0
输出端的测量电路。
电桥的作用： 把电阻、电感或电容的变化 量转换为电压或电流量，以 供后续电路测量记录。
第一节 电桥
1. 直流电桥
1．直流电桥
abcd端端：：输供出桥端电源—端接入输 入电阻较大的仪
第一节 电桥
1. 直流电桥
◇ 全桥四臂
桥臂 R1 R2
R1+ΔR R2 --ΔR
传感器的概述
第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+ 所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
差动变压器式传感器知识讲解
2020/6/18
15
变化时
当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻
抗增加 ， Z1Z0Z
Z2Z0Z
U •o(Z 0 2 Z 0 Z1 2)U •22 Z Z 0U •2
2020/6/18
16
变化后的电压
当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小
于其感抗
当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
变压器式交流电桥电路图
2020/6/18
14
分析
设O点为电位参考点，根据电路的基本 分析方法，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置 时，两线圈的电感相等，阻抗也相等， 即，其中表示活动铁芯处于初始平衡位 置时每一个线圈的阻抗。
2020/6/18
43
差动变压器式传感器的应用
差动变压器式电感测微仪
2020/6/18
44
3.3 电涡流传感器
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变 化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导 体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡 流，这种现象称为电涡流效应。
根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感 器。按照电涡流在导体内的贯穿情况， 此传感器 可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本 工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最 大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、 应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外 还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点， 应用极其广泛。
一般经相敏检波和差动整流后的输出信号还必须经过 低通滤波器，把调制的高频信号衰减掉，只允许衔铁 运动产生的有用信号通过。
传感器与检测技术课件第三章电桥
Z1
Us Z3 Z4
Z3
C
Us
Z1
(
Z3 Z4
Z1 Z
)
2
Z3Z1 Z3 Z
4
Z
2
Z3
B
Z2
D
Uo
Z4
Us
Z1Z 4
Z1 Z2
Z3
Z3
Z2 Z
4
Us
图8-3 交流电桥电路
第三章 力、扭矩和压力传感器
电桥
一、电桥工作原理 2.交流电桥
Uo
Us
Z1Z 4
Z1 Z2
Z3Z2
Z3 Z4
第三章 力、扭矩和压力传感器
一、电桥工作原理 2.交流电桥
电桥
A
采用交流电源供电的电桥称为 交流电桥。在这种情况下桥臂
Z1
所接元件可以是电阻、电感或
电容。
C
Z2
D
Uo
Z3
Z4
B
Us
图8-3 交流电桥电路
第三章 力、扭矩和压力传感器
电桥
一、电桥工作原理 2.交流电桥
A
如果交流电源是频率为f的正 弦交流信号，则各桥臂的复阻
Uo
R1R4 R2 R3
R1 R2 R3 R4
Es
第三章 力、扭矩和压力传感器
一、电桥工作原理 1.直流电桥 则电桥输出端电压为：
Uo
R1R4 R2 R3
R1 R2 R3 R4
Es
C
平衡条件
R1R4 R2 R3
或
R1 R3 R2 R4
电桥
A R1
R2
Rg
D
Ig
R3
R4
B
ES
最新差动传感器和测量电桥基本介绍PPT课件
变压器式交流电桥
变压器式的交流电桥如图所示。电桥的两臂 Z1 和Z2 为
差动自感传感器中的两个线圈的阻抗，另两臂为电源变压器 二次线圈的两半（每一半的电压为U / 2），输出电压取自A、
B两点。假定0点为参考零电位，则A点的电压为：
U A
UZ1 Z1 Z2
B点的电位为：
U B
U 2
则有输出电压
带相敏整流的测量电桥
22
带相敏整流的交流电桥
设输入交流电压 U为负半周，即A点为负，B点为正，则二极管VD2、 VD3导通，VD1、VD4截止。在B→C→F→A支路中，C点电位由于 Z 2的 减小而比平衡时降低。在B→D→E→A支路中，D点电位由于 Z 1 的增加而 比平衡时的电位增加。所以仍然是D点电位高于C点电位，直流电压表正 向偏转。只要衔铁上移，不论输入电压是正半周还是负半周，电压表总 是正向偏转，即输出电压 U o 总为下正上负。
同理，当传感器衔铁上移同样大小的距离时，可推得：
U o(Z2 Z Z1 2)U 2Z ZU
比较上两式可知，当衔铁向上移动和向下移动相同距离时，其输出大小相等，方
向相反。由于电源电压 U 是交流，所以尽管式中有正负号，还是无法加以分辨。
带相敏整流的交流电桥
当衔铁处于中间位置时，Z1Z2Z，电桥处于平衡状态，输出电压 Uo 0 ； 当衔铁上移，使上线圈阻抗增大，Z1ZZ ，而下线圈阻抗减少 Z2ZZ 。
17
电桥对同符号干扰量的补偿特性(温度补偿）
单臂电桥：
恒压源供电
恒流源供电
Z1Z0ZZT Z 2 Z 3 Z 4 Z 0 c o n st
差动半桥：
Uo
EΔZZT 4Z
1 1ΔZZT
《差动式传感器》课件
光电式差动传感器通常由光源、光路和光电元件组成。当被测量发生变化时，光 束的遮挡或透过情况会相应改变，从而引起输出信号的变化。这种传感器常用于 测量位移、速度、角度等参数。
压阻式差动传感器
总结词
利用压阻效应原理，通过测量电阻值的变化来检测被测量的传感器。
详细描述
压阻式差动传感器通常由敏感元件和测量电路组成。当被测量发生变化时，敏感元件的电阻值会相应改变，从而 引起输出信号的变化。这种传感器常用于测量压力、加速度、力等参数。
02
它通常由两个或多个电感线圈或 电容极板组成，通过比较两个或 多个输出信号的差值来检测被测 量物体的变化。
差动式传感器的工作原理
当被测量物体发生变化时，差动式传 感器中的电感线圈或电容极板会相应 地发生变化，从而引起输出信号的变 化。
差动式传感器通过比较两个或多个输 出信号的差值来检测被测量物体的变 化，具有较高的灵敏度和线性度。
电容式差动传感器
总结词
利用电容原理，通过测量电容器极板间距的变化来检测被测 量的传感器。
详细描述
电容式差动传感器通常由两个平行板电极组成，通过可动电 极的位移来改变电容器极板间距，从而引起电容量的变化。 这种传感器常用于测量位移、压力、重量等参数。
光电式差动传感器
总结词
利用光电效应原理，通过测量光束的遮挡或透过情况来检测被测量的传感器。
在加速度测量中的应用
总结词
差动式传感器能够准确测量加速度值，且具有高灵敏度 的优点。
详细描述
差动式传感器通过测量电感线圈之间互感系数的变化来 检测物体的加速度。当被测物体发生加速度时，传感器 的电感线圈受到惯性力的作用而发生形变，进而改变互 感系数，输出相应的电信号。由于其高灵敏度和低噪声 的特点，差动式传感器在加速度测量中展现出准确测量 加速度值的能力，广泛应用于振动监测、地震检测等领 域。
压力传感器和惠斯顿电桥的介绍.
压力传感器和惠斯顿电桥的介绍随着社会的发展，最近几年，所有的传感器都发生了很大的变化，这里主要讲述下压力传感器。
跟以前的传感器比较起来，现在产品的技术更加的成熟，测量数据更加的稳定，测量精度更加的高。
之前很多的传感器使用起来比较复杂，因此专家需要花更多的心思到调节电路上面，发觉开发这些电路有很大的难度。
可是到了现在，专家们只需要利用一些基础知识，同时应用一些新的在线传感器设计工具，这样就可以解决很多之前一直都解决不了的问题。
现在传感器在市场上已经随处可见，下面介绍一下基于惠斯顿电桥的压力传感器。
现在越来越多的测量压力的传感器都应用微机电系统技术实现的，它是由四个利用了惠斯顿电桥的相关结构连合起来的压敏电阻组合而成的。
如果传感器没有受到压力的作用的时候，惠斯顿电桥中的四个电阻值都是相同的。
可是一旦有外力作用到电桥上面的时候，两个相向的电阻值就会变大，而剩下两个电阻值就会相应地变小，而变大和变小的电阻值是一样的。
实际上，事情并没有想象中的那么简单。
因为压力传感器有增益和偏移误差存在。
增益误差其实就是相对于增加到传感器上的外力来说，传感器输出的敏感程度。
而偏移误差就是指当传感器没有受到外力作用的时候，传感器输出还是存在的。
典型传感器通常要求激励电压为五伏，还需要具备20mV/V的标称满刻度输出。
激励电压为5V 的时候，标称满刻度输出就是：5V ×20 mV/V=100mV。
偏移电压有可能是二毫伏，或者说是满刻度的百分之二；最大和最小的满刻度输出电压就有可能是150mV 和50mV ，或者说是标称满刻度的正负50%。
如果把两个电阻串联起来组成电阻串，那么它们就是等值电阻。
这两个电阻间的节点电压大小就是电阻串电压的百分之五十。
当其中的一个电阻值增加1%的时候，另一个电阻值就相应地减小1%，而这两个电阻间的节点电压也会发生1%的变化。
但是如果将两个电阻串并联起来的话，左上方、左下方、右上方和右下方各一个电阻。
桥式传感器原理
桥式传感器原理
桥式传感器是一种测量物理量的传感器，它基于电桥的原理进行工作。
电桥是由四个电阻组成的电路，其中两个电阻称为臂电阻，另外两个电阻称为感应电阻。
当臂电阻和感应电阻中的电阻值发生变化时，电桥的电压输出也会发生变化。
桥式传感器中的感应电阻通常是由测量对象的变化引起的，比如受力变形、温度变化等。
当感应电阻中的电阻值发生变化时，电桥的电压输出也会发生变化。
通过测量电桥的电压输出，就可以得到变化量的大小。
桥式传感器的优点是其高精度和稳定性。
但是，由于其工作原理较为复杂，所以需要较高的技术水平进行设计和维护。
同时，由于需要使用外部电源，增加了电路的复杂性和成本。
- 1 -。
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若四个桥臂阻抗均为电参数 型传感器的四个差动变换器， 且四个桥臂阻抗发生差动变 化(Z0±ΔZ，Z0 ΔZ，
Z0±ΔZ，Z0 ΔZ)，则构成
差动全桥电路
电桥的静态特性（差动半桥）
U BD
E
Z1Z4
Z1 Z2
Z2Z3
Z3 Z4
Z3 Z4 Z0
U BD
E
Z0 (Z1 Z2 ) 2Z0 (Z1 Z2 )
2e
差动全桥：
Uo
E
ΔZ Z0
4e
恒流源供电
I
1
Uo
ΔZ 4 1
Z
e'
4Z0
Uo
I 2
ΔZ
2e'
Uo I Δ Z 4e'
输入量Δ Z相同的情况下，差动半桥的输出近似为单臂电桥的两倍， 差动全桥是差动半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。
16
电桥灵敏度
灵敏度：
KS
Uo Δ Z / Z0
差动传感器和测量电桥
差动测量系统结构
差动测量系统常用于电参量传感器（电阻式、电容式、电感式传感器）
作用： 提高灵敏度 减少非线性误差 减少干扰的影响
2
差动电容传感器
变气隙式、变面积式和变介电常数式三种电容传感器 均可制成差动电容传感器。由于变气隙式电容传感器 的非线性严重，实际上是很少使用的，通常制成差动 型式，其常用结构见图。
单臂电桥的灵敏度不为常数，具有非线性； 差动半桥的灵敏度和差动全桥的灵敏度与Δ Z无关且为常数，是理想的 直线。
17
电桥对同符号干扰量的补偿特性(温度补偿）
Z0 ΔZ
CU A Z0
Z0 ΔZ
CU
Z0±ΔZ
D
电源
将电桥的一个桥臂阻抗 接电参数型传感器的变 换器(Z0±ΔZ)，其余三 个臂的阻抗均恒定 Z2=Z3=Z4=Z0，
单臂电桥
两个桥臂与电参数型传感器的两 个差动变换器相接，则构成差动 半桥，即两个桥臂阻抗发生差动 变化(Z0±ΔZ，Z0 Z )其余两个 臂的阻抗均恒定Z3=Z4=Z0，
恒压源供电
恒流源供电
单臂电桥： 差动半桥： 差动全桥：
KS
E 4
1
1 Z
const
2Z0
KS
E 2
KS E
KS
I 4
Z0
1
1 Z
const
4Z0
I KS 2 Z0
KS IZ0
差动半桥的灵敏度近似为单臂电桥的两倍，差动全桥的灵敏度是差动 半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。
铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。
当衔铁向上位移 ，在差动自感传感器中，电感
变化量：L
L1
L2
2L0[ 0
( 0
)3
( 0
)5
]
•上式中第一项是线性项，其灵敏度为：
k L 2L0 0
变气隙式差动自感传感器
可见，差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。
(d d0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
)2
(d d0
)3
...]
C
C1
C2
2C0
[
d d0
( d d0
)3
( d d0
)5
]
d
d0
忽略3次方以上非线性项
d C 2C0 d0
• 灵敏度
k C 2 C0 d d0
同单个电容式传感器的灵敏度相比增加了1倍
• 变气隙式差动电容传感器仅含奇次方的非线性，因此其线性度得到 很大程度的改善。
接的电桥主要采用不平衡电桥。 按照电源供电的方式：恒压源供电电桥和恒流源供电电桥。 按照电桥的结构：单臂电桥、差动半桥、差动全桥。
12
测量电桥的基本工作原理
Z1,Z2,Z3,Z4为四个桥臂阻抗。A，C两端接电压源，则在B，D两 端输出不平衡电压UBD分别为：
恒压源供电：
B Z1
Z2
U
U AB
U AD
9
梁臂式力传感器
10
导线张力传感器
11
测量电桥
电桥: 将电阻（电感、电容或阻抗）参量的微弱变化转换为电 压或电流输出的一种测量电路。
电桥特点: 电路简单，较高的准确度和灵敏度，广泛使用
电桥分类：（4种方法） 按照激励电源的性质：直流与交流电桥； 按照输出方式：平衡式电桥与不平衡式电桥。与传感器配
差动自感传感器：用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差
动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。
l 23
l
3
4 3
4
l2 a)
4
b)
c)
图 差动式电感传感器
a) 变间隙型 b) 变面积型 c) 螺管型
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
变气隙式差动自感传感器的特性分析
变气隙式差动自感传感器原理见图.它由一个公共衔
•差动自感传感器仅含奇次方非线性项，其三次方非线性误差为： l3
(
0
)2
100%
非线性得到很大的改善。
•同理，变面积式和螺管式差动自感传感器也能得到提高灵敏度和改善线性 度的同样的结论。
7
压力传感器
图4-33 BYM型压力传感器
8
电阻传感器差动结构示意图
电阻传感器原理：
R / R K
变气隙式差动电容传感器原理
3
差动电容式传感器
C1
C1
C0
C0
d d0
1
1 d
C0
[
d d0
( d d0
)2
( d d0
)3
...]
d0
C2
C0
C2
C0
d d0
1
1
d d0
C0[
d d0
Z1Z4 Z2Z3
Z1 Z2 Z3 Z4
E
UA
I1
I2
C
恒流源供电：
Z3
Z4
D
E
U
U AB
U AD
Z1Z 4 Z1 Z2
Z2Z3 Z3 Z4
I
13
Z0±ΔZ A Z0
B
D 电源
Z0
Z0±ΔZ
CU A
Z0
Z0
B
D 电源
Z0 ΔZ
Z0±ΔZ
B
脉冲调宽电路
脉冲调宽电路
Uo
C1 C1
C2 C2
U1
C1 C2 2C0 C1 C2
U1
5
脉冲调宽电路的输出波形
差动式电感传感器
由于自感传感器具有初始电感，线圈流向负载的电流不为零， 衔铁永远受有吸力，线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低等 缺点。因此，实际中应用较少，常用差动自感传感器。
E
(Z1 Z2 ) 2(Z1 Z2 )
U
输入差动变化：
Z1 Z0 Δ Z
Z2 Z0 Δ Z
B
Z1
Z2
A
I1
I2
C
Z3
Z4
D
E
可得：
U BD
E
Z 2Z0
差动半桥
15
电桥的静态特性
恒压源供电
单臂电桥：
Uo
E 4
ΔZ Z0
1
1 Z
e
2Z0
差动半桥：
Uo
E 2
ΔZ Z0