第4讲几种典型的模拟式传感器

1、School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.课课 程程 内内 容容School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.1. 1. 变电阻式传感器的主要类型。变电阻式传感器的主要类型。2. 2. 变电容式、变电感式与变电阻式传感器的比较。变电容式、变电感式与变电阻式传感器的比较。3. 3. 举例说明传感器的负载特性、横向效应、温度效应。举例说明传感器的

2、负载特性、横向效应、温度效应。4. 4. 比较应变效应与压阻效应；压阻效应与压电效应；热电比较应变效应与压阻效应；压阻效应与压电效应；热电 阻效应与热敏电阻效应；压电效应与电容式变换原理。阻效应与热敏电阻效应；压电效应与电容式变换原理。5. 5. 电桥原理在传感器中的应用特点。电桥原理在传感器中的应用特点。6. 6. 差动检测原理及其在传感器中的应用实例分析。差动检测原理及其在传感器中的应用实例分析。7. 7. 传感器技术的自补偿方式及其实现。传感器技术的自补偿方式及其实现。 思考题思考题( (第第4 4讲讲) )School of Instru. Sci. & Opto-electro. E

3、ng.4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.5 4.5 热电式传感器热电式传感器4.6 4.6 电容式传感器电容式传感器4.7 4.7 变磁路传感器变磁路传感器4.8 4.8 压电式传感器压电式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.6 电容式传感器4.7 变磁路传感器4.8 压电式传感器变变式传感器式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.8 压电式传感器式传感器式传感器School of I

4、nstru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.2 电位器式传感器4.3 应变式传感器4.4 压阻式传感器4.5 热电式传感器4.6 电容式传感器4.7 变磁路传感器功能材料类功能材料类School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.1 4.1 概概 述述4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.5 4.5 热电式传感器热电式传感器4.6 4.6 电容式传感器电容式传感器4.7 4.7 变磁路传感器变磁路传感器4.8 4.8 压电式传感器压电式传感器School of Instru. Sci

5、. & Opto-electro. Eng.4.2.1 4.2.1 概概 述述4.2.2 4.2.2 线绕式电位器的特性线绕式电位器的特性4.2.3 4.2.3 非线性电位器非线性电位器4.2.4 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载特性及负载误差4.2.5 4.2.5 电位器的结构与材料电位器的结构与材料4.2.6 4.2.6 非线绕式电位器非线绕式电位器4.2.7 4.2.7 典型的电位器式传感器典型的电位器式传感器4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 结构结构n 电位器式传感器用

6、于什么场合？电位器式传感器用于什么场合？n 应用特点？应用特点？电刷电阻School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.短路段电刷电刷行程输出电压(电阻)n 灵敏度灵敏度n 阶梯特性和阶梯误差阶梯特性和阶梯误差n 分辨率分辨率 xtxqxxhxbxxR2 IxtxqxxhxbIxxRxxU2%100212SWRWR%1001SWRWRrSchool of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 功功 用用n 实现途径实现途径u 电位器的结构电位器的结构u 应用电路应用电路u 需要非线性输出；需要非线性输出；u 修正、补偿非线性

7、；修正、补偿非线性；u 改善负载误差。改善负载误差。 School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 功功 用用n 实现途径实现途径u 电位器的结构电位器的结构u 应用电路应用电路分流电阻法分流电阻法给定电位法给定电位法School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 电位器的负载特性电位器的负载特性n 电位器的负载误差电位器的负载误差n 减小负载误差的措施减小负载误差的措施200ffinin0ffffout)(RRRRRRRUURRRRRRRRRRU0RRr 0ffRRK 0LxX inoutUUY f2f1K

8、rKrrYf2f1KXKXXY或或kzfzYY 2f2) 1(rrKrr0ddfzr02) 13(2ff23KKrrrf2fz)1 (Krr32mrfmaxfz148. 0Ku 提高负载系数提高负载系数u 限制电位器的工作范围限制电位器的工作范围u 重新设计电位器的空载特性重新设计电位器的空载特性School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 减小负载误差的措施减小负载误差的措施u 限制电位器的工作范围限制电位器的工作范围School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 减小负载误差的措施减小负载误差的措施u 重

9、新设计电位器的空载特性重新设计电位器的空载特性)(XfY 2411f2ffKXfKXfKr XFdefXY 2411f2ffKXKXKr2411f2ffKYKYKrSchool of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.2.1 4.2.1 概概 述述4.2.2 4.2.2 线绕式电位器的特性线绕式电位器的特性4.2.3 4.2.3 非线性电位器非线性电位器4.2.4 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载特性及负载误差4.2.5 4.2.5 电位器的结构与材料电位器的结构与材料4.2.6 4.2.6 非线绕式电位器非线绕式电位器4.2.7 4.2.

10、7 典型的电位器式传感器典型的电位器式传感器4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器( (小结小结) )作作 业业预预 习习第第5 5章章 应变式传感器应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.1 4.1 概概 述述4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.5 4.5 热电式传感器热电式传感器4.6 4.6 电容式传感器电容式传感器4.7 4.7 变磁路传感器变磁路传感器4.8 4.8 压电式传感器压

11、电式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.3.1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.2 rLSLRrrLLRRd2dddLLLKR

12、R0L21d21ddLRRKddef021dL金属丝的灵敏系数金属丝的灵敏系数 School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 结构及应变效应结构及应变效应n 横向效应及横向灵敏度横向效应及横向灵敏度盖片粘合层基底粘合层敏感栅引出线xKRRxdefRRK应变片的灵敏系数应变片的灵敏系数 讨论：讨论： 与与 的关系？的关系？0KKyyxxKKRR如何减小横向效应？如何减小横向效应？ xyKKC/u 按出厂情况使用按出厂情况使用u 针对实用，重新标定针对实用，重新标定u 短接圆弧段使用短接圆弧段使用School of Instru. Sci. & Opto

13、-electro. Eng.n 结构及应变效应结构及应变效应n 横向效应及横向灵敏度横向效应及横向灵敏度n 电阻应变片的种类电阻应变片的种类n 电阻应变片的材科电阻应变片的材科n 应变片的主要参数应变片的主要参数u金属丝式应变片金属丝式应变片u金属箔式应变片金属箔式应变片u半导体应变片半导体应变片u薄膜式应变片薄膜式应变片u敏感栅材料敏感栅材料u应变片基底材料应变片基底材料u引线材料引线材料u应变片电阻值u绝缘电阻u灵敏系数u机械滞后u允许电流u应变极限u零漂和蠕变School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变波的传播过程应变波的传播过程n 应变

14、片工作频率范围的估算应变片工作频率范围的估算4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致 n 温度误差产生的原因温度误差产生的原因ttRRtRR00)1 (tRRt0 4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 电阻的热效应电阻的热效应 tLLst10stLLLLssts00tLLtg0g1tLLLLg

15、t00gg 0sgsgtLLLLttLtLLLtsgs00sgs)1 (n 温度误差产生的原因温度误差产生的原因4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. tKRKRRtsg00tRRt0tKRtRRRRtttsg00tKtRRtsg0tKKRRtt sg0u n 温度误差产生的原因温度误差产生的原因4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.焊接点 合理使用电桥合理

16、使用电桥u线路补偿法线路补偿法0sg KB2211RRRRRttn 温度误差的补偿方法温度误差的补偿方法4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.合理选择应变片和使用构件合理选择应变片和使用构件 u自补偿法自补偿法补偿应变片工作应变片热敏电阻补偿法热敏电阻补偿法n 温度误差的补偿方法温度误差的补偿方法4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 电桥的平衡电桥的平衡

17、n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.检流计in43213241in433211outURRRRRRRRURRRRRRU4321RRRR432211RRRRRR2431RRRRn 电桥的平衡电桥的平衡School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.341112in1134in433211out11RRRRRRURRRRURRRRRRU3412RRRRnout0defin112out1UURRnnUin211out0U1nnRRUKUn 电

18、桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出检流计School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出 检流计0d/dnKU, 1nin211out0U1nnRRUKU利用利用;21RR 43RR inmax41UKU1ninUSchool of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差341112in1134out11RRRRRRURRRRU3412in1134out0

19、11RRRRURRRRU111211out0out0outL1RRRRRRUUU211LRR检流计School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.检流计50002，k01. 0/11KRR211LRR5 . 0L1000125，k125. 0/11KRR9 . 5L111211out0out0outL1RRRRRRUUU25. 6L半导体应变片半导体应变片金属应变片金属应变片n 电桥的平衡电桥的平衡n 电桥的不平衡输出电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差电桥的非线性误差School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n

20、 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施双臂受感电桥双臂受感电桥u差动电桥差动电桥u采用恒流源供电电桥采用恒流源供电电桥四臂受感电桥四臂受感电桥半差动半差动全差动全差动School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.双臂受感电桥双臂受感电桥in433221111outURRRRRRRRRU211RRn ，11inout2RRUUin21UKU11inoutRRUUinUKU43211RRRRn ，四臂受感电桥四臂受感电桥n 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施( (差动差动) )School of Instru. Sci. &

21、 Opto-electro. Eng.RIIRRU21outRRRIRU40outRIU0out恒流源供电电桥恒流源供电电桥40out0RIURRRUUU4out0out0outLn 减少电桥的非线性误差的措施减少电桥的非线性误差的措施( (恒流源恒流源) )School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差ttttRRRURRURRRRRRU22212ininout单臂受感电桥单臂受感电桥School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.tttttRRRUURRRR

22、RRRRRRUininout2222四臂受感电桥四臂受感电桥附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.tRRRUUinoutttRRRURRU22inout四臂受感电桥四臂受感电桥单臂受感电桥单臂受感电桥附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.0AB)(IRRUt0outRIU四臂受感电桥四臂受感电桥( (恒流源恒流源) )附：电桥转换电路中的温度温差附：电桥转换电路中的温度温差School o

23、f Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.3.1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变式力传感器应变式力传感器n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器n 应变式压力传感器应变式压力传感器n 应变式位移传感器应变

24、式位移传感器n 应变式转矩传感器应变式转矩传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变式力传感器应变式力传感器u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器u 环式测力传感器环式测力传感器u 梁式测力传感器梁式测力传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1) 敏感结构敏感结构Fzyx电阻应变片圆柱体：圆柱体：一端固支（非直接施力端）一端固支（非直接施力端）一端自由

25、（直接施力端）一端自由（直接施力端）典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 工作机理工作机理 圆柱体的应变圆柱体的应变电阻应变片的电阻相对变化电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出电桥的电压输出典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 特性方程特性方程EAFzEAF141RRRRxKREAFR

26、KR1232RRRRxKREAKFRR2典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 特性方程特性方程in433211outURRRRRRU121inKFEAUKF典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.Fzyx电阻应变片u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器out0out0outLUUU121KFEAKF 测量误

27、差测量误差 非线性误差非线性误差典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 测量误差测量误差Fzyx电阻应变片横向力的影响？横向力的影响？p 测量误差测量误差p 不稳定工作不稳定工作有可能形成弯曲变形有可能形成弯曲变形LFy典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.yx电 阻应变片连线承弯膜片承弯膜片电 阻应变片承弯膜片承弯膜

28、片 典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 改进措施改进措施School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 改进措施改进措施多应变片应用方式多应变片应用方式 典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器 应用特点应用特点Fzyx电阻应变片大力值测量大力值测量灵敏度低灵敏度低精度稍差精度稍差成本低成本低典型的

29、应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.Fzyx电阻应变片 典型应用典型应用衡衡 器器典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(1)(1)u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 环式测力传感器环式测力传感器等截面环变截面环典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(2)(2)School of Instru. Sci. & Opto-electro. E

30、ng.u 环式测力传感器（续）环式测力传感器（续）八角环八角环平行四边形环平行四边形环典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(2)(2)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变式力传感器应变式力传感器u 圆柱式力传感器圆柱式力传感器u 环式测力传感器环式测力传感器u 梁式测力传感器梁式测力传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(3)(3)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 梁式测力传感器梁式测力传感器p 基于基于悬臂梁悬臂梁p 基

31、于剪切梁基于剪切梁p 基于基于S S型梁型梁p 双端固支梁双端固支梁典型的应变式传感器典型的应变式传感器应变式力传感器应变式力传感器(3)(3)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.F等截面梁ox等截面梁FxLEbhFxx26)(典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.F等截面梁ox26)(EbhFLxRRRRRR4126EbhKRFLKRRRRRRRR322ininout6EbhUKFLURRURxLEbhFxx26)(典型的应变式传感

32、器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.2ininout6EbhUKFLURRURxLEbhFxx26)(F等截面梁ox 典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.F等强度梁xoxLEbhFxx26)(F等截面梁ox206)(hEbFLxx典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.206)

33、(hEbFLxx ：作用力到 根部的距离L等强度梁FF等强度梁 典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(4)(4)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.2sin22sin21AGFxzAFxzAGFxz 典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(5)(5)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.双连孔型圆孔型双连孔型剪切梁形典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 典

34、型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 电子衡器电子衡器典型的应变式传感器典型的应变式传感器力传感器力传感器(6)(6)School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 敏感结构敏感结构悬臂梁：悬臂梁：一端固支（非直接施力端）一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端，一端自由（直接施力端， 通过敏

35、感质量）通过敏感质量）n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器a梁x xx典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 工作机理工作机理 悬臂梁的应变悬臂梁的应变电阻应变片的电阻相对变化电阻应变片的电阻相对变化电桥的电压输出电桥的电压输出n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器a梁x xx典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 特性方程特性方程maEbhxLFEbhxLxax2266)(RRRR41RRRR32Ra梁x xx要考虑积分

36、的平均效果要考虑积分的平均效果n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 特性方程特性方程RRUUinoutaxxLEbhKmU26122ina梁x xxn 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 应用特点应用特点小量值加速度测量小量值加速度测量灵敏度高灵敏度高精度适中精度适中成本不高成本不高应用广泛应用广泛n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变

37、式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 典型应用典型应用加速度计加速度计弹性支承应变电阻丝质量块应变电阻丝限位销n 应变式加速度传感器应变式加速度传感器典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变式压力传感器应变式压力传感器u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器u 圆柱形应变筒式压力传感器圆柱形应变筒式压力传感器u 非粘贴式非粘贴式( (张丝式张丝式) )应变压力传感器应变压力传感器 典型的应变式传感器典型的应变式传感器School

38、of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器(1)(1)典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.插头座 螺盖 外壳 垫圈 膜片环氧树脂 后盖膜片接线板应变式压力传感器应变式压力传感器(1)(1)典型的应变式传感器典型的应变式传感器u 平膜片式压力传感器平膜片式压力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.u 圆柱形应变筒式压力传感器圆柱形应变筒式压力传感器应变筒电桥

39、放大器应变式压力传感器应变式压力传感器(2)(2)典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 应变式转矩传感器应变式转矩传感器。典型的应变式传感器典型的应变式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.3.1 4.3.1 应变式变换原理应变式变换原理4.3.2 4.3.2 金属应变片金属应变片4.3.3 4.3.3 应变片的动态响应特性应变片的动态响应特性4.3.4 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿应变片的温度误差及其补偿4.3.5 4.3.5 电桥原理电桥

40、原理4.3.6 4.3.6 典型的应变式传感器典型的应变式传感器4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器( (小结小结) )作作 业业预预 习习第第6 6章章 压阻式传感器压阻式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.1 4.1 概概 述述4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器4.3 4.3 应变式传感器应变式传感器4.5 4.5 热电式传感器热电式传感器4.6 4.6 电容式传感器电容式传感器4.7 4.7 变磁路传感器变磁路传感器4.8 4.8

41、 压电式传感器压电式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.4.1 4.4.1 压阻式变换原理压阻式变换原理4.4.2 4.4.2 扩散电阻的阻值与几何参数的确定扩散电阻的阻值与几何参数的确定4.4.3 4.4.3 压阻式传感器温度漂移的补偿压阻式传感器温度漂移的补偿4.4.4 4.4.4 典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 半导体材料的压阻效应半导体材料的压阻效应n 单晶硅的晶向、晶面的表示单晶硅的晶向、晶面

42、的表示n 压阻系数压阻系数压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 半导体材料的压阻效应半导体材料的压阻效应rrLLRRd2dddav1ieNLLdLLLLERRd半导体材料的电阻特性半导体材料的电阻特性压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 单晶硅的晶向、晶面的表示单晶硅的晶向、晶面的表示 半导体材料的各向异性半导体材料的各向异性密勒指数 cos:cos:costsr1:1:1lkh:hklhkl压阻式变换原理压阻式变换原理School o

43、f Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 单晶硅的晶向、晶面的表示单晶硅的晶向、晶面的表示密勒指数密勒指数 tsr1:1:1hkl1. ABCD面面 (100)(100)， 2. ADGF面面 (110)(110)， 3. AHF面面 (111)(111)， 4. BCHE面面 (1-10)(1-10)， 011011，压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 压阻系数压阻系数yyxxKKRRnnaaRR纵向压阻系数纵向压阻系数横向压阻系数横向压阻系数纵向应力纵向应力横向应力横向应力压阻

44、式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.压阻系数矩阵压阻系数矩阵 654321T 654321T 6622211211. 66444444111212121112121211n 压阻系数压阻系数压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 66444444111212121112121211P P型硅：型硅：N N型硅：型硅：1211，44可忽略，可忽略，可忽略，可忽略，11144Pa10138.12111211111Pa102 .102压阻系数矩阵压阻系

45、数矩阵n 压阻系数压阻系数压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 压阻系数压阻系数212121212121441211112lnnmmla111,nmlP 方向在标准的立方晶格坐标系中的方向余弦方向在标准的立方晶格坐标系中的方向余弦 22212221222144121112nnmmlln任意晶向的压阻系数任意晶向的压阻系数nnaaRR纵向压阻系数横向压阻系数222,nmlQ 方向在标准的立方晶格坐标系中的方向余弦方向在标准的立方晶格坐标系中的方向余弦 压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. S

46、ci. & Opto-electro. Eng.212121212121441211112lnnmmla；111,nml(1) (1) 计算计算的纵向、横向压阻系数的纵向、横向压阻系数 22212221222144121112nnmmlln纵向压阻系数横向压阻系数222,nml关键问题关键问题计算实例计算实例(2) (2) 计算计算的纵向、横向压阻系数的纵向、横向压阻系数 (3) (3) 绘出绘出P P型硅型硅的纵向和横向压阻系数的分布图的纵向和横向压阻系数的分布图 n 压阻系数压阻系数任意晶向的压阻系数任意晶向的压阻系数压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci.

47、 & Opto-electro. Eng.计算实例计算实例(3) (3) 绘出绘出的纵向和横向压阻系数的分布图的纵向和横向压阻系数的分布图 cos1lsin1m01nsin2lcos2m02n2sin21244a2sin21244n。 n 压阻系数压阻系数任意晶向的压阻系数任意晶向的压阻系数压阻式变换原理压阻式变换原理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.4.1 4.4.1 压阻式变换原理压阻式变换原理4.4.2 4.4.2 扩散电阻的阻值与几何参数的确定扩散电阻的阻值与几何参数的确定4.4.3 4.4

48、.3 压阻式传感器温度漂移的补偿压阻式传感器温度漂移的补偿4.4.4 4.4.4 典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器n 压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器 敏感结构敏感结构高压腔引线硅膜片低压腔硅杯：周边：周边固支圆膜片固支圆膜片典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器School of Instru. Sci. &

49、Opto-electro. Eng.高压腔引线硅膜片低压腔硅杯：周边固支圆膜片应力周边固支圆膜片应力压敏电阻的变化压敏电阻的变化电桥输出电桥输出p 框图？框图？压敏电阻的变化压敏电阻的变化典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器工作机理工作机理School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng. 特性方程特性方程2223183rRHpr22231183rRHprpRHpP P型硅型硅(001)(001)面内面内2sin21244a2sin21244n典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器Scho

50、ol of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.rpRHpP P型硅型硅(001)(001)面内面内rannnaarRR 2sin81322442Hpr选取选取rnarnannaaRR 2sin81322442Hpr选取选取rna径向径向环向环向典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器 特性方程特性方程n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.rpRHpP P型硅型硅(001)(001)面内面内nnaarRR 2442813HprnnaaRR 2442813Hpr典型的压阻式传感器典型的压

51、阻式传感器 特性方程特性方程n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.rRR 2442813Hpr RR2442813Hpr高压腔引线硅膜片低压腔硅杯典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器 特性方程特性方程n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.rRR 2442813Hpr RR2442813Hpr tRRUpRUinout典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器 特性方程特性方程n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器School of In

52、stru. Sci. & Opto-electro. Eng. 测量误差测量误差( (温度误差温度误差) ) 改进措施改进措施( (温度误差温度误差) ) tRRUpRUinout RUpRUinout典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器 应用特点应用特点 集成式传感器集成式传感器 先进传感器先进传感器 微机械传感器微机械传感器 智能化传感器智能化传感器典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器School of Instru. Sci. &

53、Opto-electro. Eng.n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器 工业自动化领域工业自动化领域 能源、化工能源、化工 航空航天地面测试航空航天地面测试典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器典型应用典型应用School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.ma硅梁x0Ll 框图？框图？典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器n 压阻式压力传感器压阻式压力传感器n 压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器( (小结小结) )4.4.1 4.

54、4.1 压阻式变换原理压阻式变换原理4.4.2 4.4.2 扩散电阻的阻值与几何参数的确定扩散电阻的阻值与几何参数的确定4.4.3 4.4.3 压阻式传感器温度漂移的补偿压阻式传感器温度漂移的补偿4.4.4 4.4.4 典型的压阻式传感器典型的压阻式传感器作作 业业预预 习习第第7 7章章 热电式传感器热电式传感器“”School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.1 4.1 概概 述述4.2 4.2 电位器式传感器电位器式传感器4.3 4.3 应变式传感器应变式传感

55、器4.4 4.4 压阻式传感器压阻式传感器4.6 4.6 电容式传感器电容式传感器4.7 4.7 变磁路传感器变磁路传感器4.8 4.8 压电式传感器压电式传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.4.5 4.5 热电式传感器热电式传感器4.5.1 4.5.1 概概 述述4.5.2 4.5.2 热电阻测温传感器热电阻测温传感器4.5.3 4.5.3 热电偶测温热电偶测温4.5.4 4.5.4 半导体半导体P-NP-N结测温传感器结测温传感器4.5.5 4.5.5 其他测温系统其他测温系统4.5.6 4.5.6 应用实例应用实例School of

56、 Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 温度的概念温度的概念n 温温 标标n 温度标准的传递温度标准的传递n 温度计的标定与校正温度计的标定与校正n 测温方法与测温仪器的分类测温方法与测温仪器的分类冷热冷热分子运动分子运动内涵量内涵量四川富豪提出宇宙相对论挑战爱因斯坦相对论四川富豪提出宇宙相对论挑战爱因斯坦相对论 School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 温度的概念温度的概念的实验是把一块在15摄氏度的室温下的普通铁块(或其他金属、陶瓷等)，放到能精确到万分之一克的电子天平上称重为93.2593克，然后把它放到电炉

57、上加热到300摄氏度时，其重量称得是93.2387克，当把它放在冰箱里冷却到零下18摄氏度时，发现其重量为93.3059克。它表明，铁块加热后比室温状态下减轻了减轻了0.02060.0206克，冷冻后比室克，冷冻后比室温状态下增加了温状态下增加了0.04660.0466克克。冯认为，称重变轻是因为 School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.实验装置、实验过程、机理分析？实验装置、实验过程、机理分析？影响重量影响重量的因素的因素 ？n 温度的概念温度的概念School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 温度的概

58、念温度的概念n 温温 标标n 温度标准的传递温度标准的传递n 温度计的标定与校正温度计的标定与校正n 测温方法与测温仪器的分类测温方法与测温仪器的分类国家计量院国家计量院省市级省市级对比、传递对比、传递冷热冷热分子运动分子运动内涵量内涵量热电阻热电阻热电势热电势其他其他摄氏温标、华氏温标摄氏温标、华氏温标热力学温标、国际实用温标热力学温标、国际实用温标(ITS-90) (ITS-90) 温度源温度源温度值温度值对比对比温度的标准：温度的标准：(1)(1)有可实现的固定点温度；有可实现的固定点温度；(2)(2)有在固定点温度上分度的内插仪器；有在固定点温度上分度的内插仪器；(3)(3)确定相邻固

59、定温度点间的内插公式。确定相邻固定温度点间的内插公式。School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 金属热电阻金属热电阻n 半导体热敏电阻半导体热敏电阻n 测温电桥电路测温电桥电路4.5.2 4.5.2 热电阻测温传感器热电阻测温传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 金属热电阻金属热电阻测温原理测温原理001ttRRtdtRRKtd10常用金属热电阻常用金属热电阻Pt Pt 热电阻热电阻Cu Cu 热电阻热电阻4.5.2 4.5.2 热电阻测温传感器热电阻测温传感器School of Inst

60、ru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 半导体热敏电阻半导体热敏电阻av1ieN)TTB(RRR)TTB(t0011011expe0电阻类型电阻类型电阻特性电阻特性工作机理工作机理4.5.2 4.5.2 热电阻测温传感器热电阻测温传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 半导体热敏电阻半导体热敏电阻 热电阻的自热特性热电阻的自热特性 IfU RIU IRIU4.5.2 4.5.2 热电阻测温传感器热电阻测温传感器School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.n 测温电桥电路测温电