传感器技术(徐科军 第四版)第二章:电阻式传感器
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2018-07-05 13:44:41
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第二章:电阻式传感器
应变式传感器
压阻式传感器
半导体的压阻效应
- 固体受到作用力后,电阻率就要发生变化,这种效应称为压阻效应
- 半导体材料的压阻效应特别强
- 压阻式传感器的灵敏系数大,分辨率高。频率响应高,体积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。
- 因为半导体材料对温度很敏感,因此压阻式传感器的温度误差较大,必须要有温度补偿
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- 半导体电阻率
- πl为半导体材料的压阻系数,它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关
- E为半导体材料的弹性模量,与晶向有关。
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- 对半导体材料而言,πl E >>(1+μ),故(1+μ)项可以忽略
体型半导体应变片
- 结构型式及特点
- 主要优点
- 灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍
- 横向效应和机械滞后极小
- 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多
- 测量电路
- 恒压源
- 电桥输出电压与ΔR / R成正比,输出电压受环境温度的影响。
- 恒流源
- 电桥输出电压与ΔR成正比,环境温度的变化对其没有影响。
扩散型压阻式压力传感器
- 采用N型单晶硅为传感器的弹性元件,在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜
- 工作原理
- 膜片两边存在压力差时,膜片产生变形,膜片上各点产生应力。 四个电阻在应力作用下,阻值发生变化,电桥失去平衡
- 优点
- 体积小,结构比较简单,动态响应也好,灵敏度高,能测出十几帕的微压,长期稳定性好,滞后和蠕变小,频率响应高,便于生产,成本低
- 缺点
压阻式加速度传感器
- 它的悬臂梁直接用单晶硅制成,四个扩散电阻扩散在其根部两面
测量桥路及温度补偿
- 原因
- 由于制造、温度影响等原因,电桥存在失调、零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等问题,影响传感器的准确性
- 减少与补偿误差措施
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- 恒流源供电电桥
- 电路
- 电桥的输出电压与电阻变化成正比,与恒流源电流成正比,但与温度无关,因此测量不受温度的影响。
- 电桥的输出
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- 零点温度补偿
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- 灵敏度温度补偿
- 温度漂移及其补偿的电路
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- 串联电阻Rs起调零作用
- 并联电阻RP起补偿作用
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