纺织常用传感器精选课件.ppt

1、纺织生产 微机控制纺服学院数字纺织教研室2019/1/311第1页，共47页。第二章第二章 常用传感器实用技术常用传感器实用技术第一节第一节 传感器的基本要求传感器的基本要求1、准确性（精确度）：、准确性（精确度）：输出信号应准确地反映被测量的变化，输出与输入之间是输出信号应准确地反映被测量的变化，输出与输入之间是单值函数关系。多次测量时重现性好。单值函数关系。多次测量时重现性好。2、稳定性：、稳定性：在规定条件下，传感器输入在规定条件下，传感器输入/输出的单值函数关系输出的单值函数关系不随时间和温度的变化而变化，以及抗外界干扰的能不随时间和温度的变化而变化，以及抗外界干扰的能力强。力强。3、

2、灵敏性：、灵敏性：2第2页，共47页。对微小的输入量的变化，即有一定的输出量的变化。对微小的输入量的变化，即有一定的输出量的变化。检测时反映敏感，变化响应快。检测时反映敏感，变化响应快。灵敏度：输出变化量与相应输入量的比值。灵敏度：输出变化量与相应输入量的比值。K=输出变化量输出变化量/输入变化量输入变化量4、线性度：、线性度：输出输出/输入之间所呈现的线性关系。指标，非线性误差输入之间所呈现的线性关系。指标，非线性误差 VL:VL=(YLmax /Ym)*100%;VL-非线性误差；非线性误差；YLmax-最大非线性绝对误差；最大非线性绝对误差；Ym-满量程输出值。满量程输出值。X10Y1Y

3、Lmax实测曲线实测曲线理论曲线理论曲线3第3页，共47页。还有一些指标，诸如迟滞、过载能力、漂移、零点漂还有一些指标，诸如迟滞、过载能力、漂移、零点漂移等（暂不作讨论）。移等（暂不作讨论）。第二节第二节 光电传感器光电传感器 感知光信号并能把光信号转换为电信号的器件。感知光信号并能把光信号转换为电信号的器件。1、光敏电阻：、光敏电阻：1）工作原理：）工作原理：+-I+-I+空穴空穴电子电子光敏电阻光敏电阻I光照光照4第4页，共47页。+-I空穴空穴电子电子光敏电阻光敏电阻 光敏电阻的材质为半导体材光敏电阻的材质为半导体材料（硫化镉料（硫化镉Cds、硫化铅、硫化铅Pbs、硒、硒化铅化铅PbSe

4、），其内部有大量的电），其内部有大量的电子与空穴。电子带负电荷，空穴子与空穴。电子带负电荷，空穴带正电荷。平时二者在结构上处带正电荷。平时二者在结构上处于复合平衡状态，对外不呈电。于复合平衡状态，对外不呈电。（1）依上连接成电路，当无光照时，光敏电阻内部的电）依上连接成电路，当无光照时，光敏电阻内部的电子、空穴保持复合稳定状态，电阻无穷大，电路中无电流子、空穴保持复合稳定状态，电阻无穷大，电路中无电流流动。流动。5第5页，共47页。（2）当有光照时，材质受光）当有光照时，材质受光照激发，电子、空穴获得照激发，电子、空穴获得能量，开始活跃起来。在电能量，开始活跃起来。在电场力的作用下，形成电子场

5、力的作用下，形成电子-空穴对。电源负极的电子源源不空穴对。电源负极的电子源源不断地和材质中的空穴中断地和材质中的空穴中+-I+I光照光照和，而材质中积聚的电子流向电源的正极，在电路回路中形和，而材质中积聚的电子流向电源的正极，在电路回路中形成流动的电流。光照成流动的电流。光照 -电流电流 ，即，即 R 。形成光敏效应，。形成光敏效应，光敏电阻的名称由此而来。光敏电阻的名称由此而来。电子移动方向电子移动方向电流流动方向电流流动方向6第6页，共47页。2）光敏电阻的几个主要特性）光敏电阻的几个主要特性a、电压、电压/电流特性：电流特性：在恒定光照条件下，光敏电阻二在恒定光照条件下，光敏电阻二端所加

6、电压和电流之间的关系特性端所加电压和电流之间的关系特性（曲线）。（曲线）。以硫化镉为例：以硫化镉为例：mAV20 40 60 8020 15 10 5功耗线功耗线500mw1000Lx100Lx10Lx（a）当光照不变时，）当光照不变时，二端电压增大，光电二端电压增大，光电流增大。流增大。（b）当二端电压不）当二端电压不变时，光照增大，变时，光照增大，光电流增大。光电流增大。（c）同普通电阻一样，）同普通电阻一样，光敏电阻也有最大额光敏电阻也有最大额定功率，超过额定功定功率，超过额定功率，器件将损坏。率，器件将损坏。7第7页，共47页。b、光谱特性：、光谱特性：预备知识：光是一种预备知识：光是

7、一种振动波，光波振动一振动波，光波振动一次所经过的路程称波次所经过的路程称波长。单位为长。单位为 m。其中：其中：0.40.7 m为可为可见光；见光；0.7 m为红外为红外光；光；0.4 m为紫外光。为紫外光。光谱特性：光谱特性：光敏器件光敏器件对不同波长光谱响应对不同波长光谱响应的敏感程度。的敏感程度。1.00.60.20.5 1.0 1.5 2.0 2.5 波长波长 电流电流硫化镉硫化镉硫化铅硫化铅硫化镉的峰值波长约硫化镉的峰值波长约0.7m硫化铅的峰值波长约硫化铅的峰值波长约2.3m结论：结论：为获得尽可能大的输为获得尽可能大的输出电流，要考虑光源的光谱出电流，要考虑光源的光谱波长特征。

8、波长特征。即某种光敏器件即某种光敏器件采用某种波长的光源，以获采用某种波长的光源，以获取最佳输出效果。取最佳输出效果。8第8页，共47页。c、光照特性：、光照特性：光敏器件外加电压不变，光敏器件外加电压不变，输出电流与光照之间的关输出电流与光照之间的关系。系。0.1 0.2 LX10050uA 理想状态下应为一条理想状态下应为一条直线，即具有线性关系，直线，即具有线性关系，但实际上是非线性的，属但实际上是非线性的，属非线性检测器件。非线性检测器件。为此主要用作二值传感器为此主要用作二值传感器（开关量检测：（开关量检测：0、1。即有光。即有光照、无光照判断）。当然，在照、无光照判断）。当然，在

9、LX 变化较小的区域内作检测，变化较小的区域内作检测，可视为线性器件。可视为线性器件。9第9页，共47页。型号额定功率测试电压 亮阻暗阻 工作电压mwv千欧兆欧VmaxMG41-20A202=0.1MG41-100A10050=50MG42-5A52=0.120MG42-10A1010=10503）光敏电阻型号举例：）光敏电阻型号举例：生产单位：北京生产单位：北京554信箱信箱 第第718厂厂 北京华北第二无线电器材厂北京华北第二无线电器材厂 10第10页，共47页。4）应用举例：）应用举例：在某流水线上，使用在某流水线上，使用光敏电阻传感器对加光敏电阻传感器对加工工件的数量进行检工工件的数量

10、进行检测。电路如下图：测。电路如下图：计数器计数器Vss+VDDR1R2光光R3VaVb工件工件光源光源1、有光照：、有光照：R2光光 Va T截止截止 Vb=0（0V）2、无光照：、无光照：R2光光 Va T导通导通 Vb =1（）+VDD VbT工件工件1工件工件2传送带传送带11第11页，共47页。2、光敏晶体管（光敏管）：、光敏晶体管（光敏管）：以光敏三极管为例；以光敏三极管为例；1）结构：与普通晶体三极管相似，有）结构：与普通晶体三极管相似，有PNP与与NPN型二型二种。但在管壳顶上有一天窗，允许光线射入。工程中种。但在管壳顶上有一天窗，允许光线射入。工程中常用的是常用的是NPN硅晶

11、体管。硅晶体管。bceNPNec3DU51物理结构上，只引出物理结构上，只引出c 极和极和 e 极，极，b 基极不基极不引出（开路）引出（开路）基极基极发射极发射极集电极集电极光线光线12第12页，共47页。2）工作原理：）工作原理：ce+-RIce+-RI无光照无光照有光照有光照A、平时无光照时，光敏三极管处于截止状态，、平时无光照时，光敏三极管处于截止状态，（相当于开（相当于开关断开），电路回路中无电流流动。关断开），电路回路中无电流流动。B、有光照时，光敏三极管导通，形成光电流，电路回路中、有光照时，光敏三极管导通，形成光电流，电路回路中有电流流动，且电流被放大有电流流动，且电流被放大B

12、倍（倍（B为三极管的电流放大系为三极管的电流放大系数）。数）。13第13页，共47页。3）光敏三极管基本光学特性：）光敏三极管基本光学特性：a、光谱特性：、光谱特性：光敏器件对不同波长光谱响应的敏感程度。光敏器件对不同波长光谱响应的敏感程度。具备地说：指外加电压与光照强度不变时，输出电流具备地说：指外加电压与光照强度不变时，输出电流与入射光波波长之间关系。与入射光波波长之间关系。0.60.40.20.4 0.8 1.2 1.6 波长波长 电流电流0.8硅硅硅光敏三极管的光谱响应硅光敏三极管的光谱响应波长为波长为0.41.3 m。硅光敏三极管的峰值波长硅光敏三极管的峰值波长为为0.80.9 m。

13、提示：为提高光电传感器提示：为提高光电传感器的灵敏度与工作效率，对的灵敏度与工作效率，对光敏管应采用相应的光波光敏管应采用相应的光波波长的光源。波长的光源。14第14页，共47页。b、光照特性：、光照特性：光敏三极管外加光敏三极管外加电压不变，输出电流电压不变，输出电流与光照之间的关系。与光照之间的关系。500 1000 LX21mA344）典型光敏晶体管型号：）典型光敏晶体管型号：型号工作电压 暗电流光电流VmaxAmA3DU51=10=0.53DU31=10=2上表参数测试条件：上表参数测试条件：光照度：光照度：1000LX 光敏管光敏管 VCE：10V15第15页，共47页。5）应用举例

14、：）应用举例：a、光电耦合器：、光电耦合器：用于电路中用于电路中2个部分（输入个部分（输入/输出接口）之间的电气输出接口）之间的电气隔离。隔离。采用元件：光源采用元件：光源 红外线发射管；接收管红外线发射管；接收管 硅硅光敏三极管，作为光信号的输出。光敏三极管，作为光信号的输出。电电 路路 A电电路路B电电 光光 电转换电转换电路电路A、B间无电气联接。间无电气联接。1236544N2812454N28大量应用于工控机大量应用于工控机输入输出接口上，计算机输入输出接口上，计算机亦使用。亦使用。集成电集成电路芯片路芯片16第16页，共47页。b、光电开关：、光电开关：R1+-光挡片光挡片输输出出

15、Vss+VDDVSCR1R2有光照，有光照，光敏管光敏管导通导通0V17第17页，共47页。b、光电开关：、光电开关：R1+-光挡片光挡片输输出出Vss+VDDVSCR1R2无光照，无光照，光敏管截光敏管截止止+5V18第18页，共47页。c、实际应用一例：邮、实际应用一例：邮政信函过签装置政信函过签装置xR2过签过签机构机构+VDDVssR1T2T1VcDTK无信件：无信件：T1在光照在光照下呈现导通，下呈现导通，Vc=0.3V。T2基极基极b 相当于接地，相当于接地，T2截截止。止。DT不得电。不得电。K不闭合，过签装置不闭合，过签装置不动作。不动作。有信件：信件挡光，有信件：信件挡光，T

16、1截止。截止。Vc电平升高，电平升高，当当Vb大于等于大于等于0.7V时，时，T2导通。导通。DT得电。得电。K闭合，过签装置动作，对信函打印。闭合，过签装置动作，对信函打印。Vb20第20页，共47页。第三节第三节 磁敏传感器磁敏传感器 检测外部磁信号并能将检测外部磁信号并能将磁信号转换为电信号（或动磁信号转换为电信号（或动作信号）的器件。作信号）的器件。1、霍尔磁敏传感器：、霍尔磁敏传感器：1）霍尔元件工作原理：）霍尔元件工作原理：+-UHRZXYbacdA：结构：结构 将半导体材料（砷化铟）制作成薄片，并在四个侧将半导体材料（砷化铟）制作成薄片，并在四个侧面引出电极面引出电极 a、b、c

17、、d。其中。其中a、b端经一限流电阻接电端经一限流电阻接电源；源；c、d端外接一电压表。端外接一电压表。21第21页，共47页。IB：工作：工作 若在若在 a、b端提供一端提供一工作电流，当在工作电流，当在Z轴方轴方向上外加一磁感应强度向上外加一磁感应强度为为B的磁场，则的磁场，则c、d端端将产生霍尔电势将产生霍尔电势UH，称，称为霍尔效应。为霍尔效应。其关系表达式为：其关系表达式为：UH=I*B*RH/d+-UHRZXYbacd+-UHRZXYbacdI+-BV22第22页，共47页。UH=I*B*RH/d （矢量式）（矢量式）式中：式中：I a、b两端输入电流（两端输入电流（mA）；）；B

18、 外部磁感应强度（外部磁感应强度（T）；）；RH 霍尔常数（霍尔常数（m3 *c-1）；）；d 元件厚度（元件厚度（m）；）；Sin a 外部磁场与基片的夹角；外部磁场与基片的夹角；UH=（I*B*RH*Sina）/d（数值式）（数值式）23第23页，共47页。2）集成式霍尔传感器的结构：）集成式霍尔传感器的结构：a、符号：、符号：b、内部构成：、内部构成：abcHa b cHVss+VDD输输出出VcabcHVssIC+VDDR内内1R内内2d输出输出VcS NR内内3R外外内内 部部T1abcabcHVss+VDD输输出出VcR外外24第24页，共47页。abcHVssIC+VDDR内内1

19、R内内2d输出输出VcS NR内内3R外外内内 部部T1c、工作过程：、工作过程：磁铁磁铁移近移近霍尔传感器：霍尔片霍尔传感器：霍尔片C端的电平端的电平Vc 升高；集升高；集成运算放大器成运算放大器IC输出端输出端 Vic 为为高电平；高电平；T1导通；导通；输出输出端端Vc为低电平，即为低电平，即Vc=0VVCVicabc0V25第25页，共47页。abcHVssIC+VDDR内内1R内内2d输出输出VcS NR内内3R外外内内 部部T1c、工作过程：、工作过程：VCVic磁铁磁铁移离移离霍尔传感器：霍尔片霍尔传感器：霍尔片C端的电平端的电平Vc =0V；集集成放大电路成放大电路IC输出端输

20、出端 Vic 为为低电平；低电平；T1截止；截止；输出端输出端Vc为高电平，即为高电平，即Vc=+Vddcba0V+Vdd26第26页，共47页。4）典型霍尔传感器型号：）典型霍尔传感器型号：型 号工 作 电 压输出电流（与R外有关）VmA（高电平时）CS 30194.5 1615CS 30204.5 2415CS 68394.5 912生产单位：南京半导体器件总厂生产单位：南京半导体器件总厂27第27页，共47页。5）应用举例：）应用举例：转速测量：转速测量：Vss+VDDRaVcb无磁铁，无磁铁，Vc=1,Vf=0计数器不计数计数器不计数Vf有磁铁，有磁铁，Vc=0,Vf=1计数器计一个数

21、计数器计一个数转转动动轴轴磁铁磁铁28第28页，共47页。2、磁敏管（干簧管、簧式开关）：、磁敏管（干簧管、簧式开关）：在外部磁场的作用下，磁敏管的簧片（触片）被磁化而作在外部磁场的作用下，磁敏管的簧片（触片）被磁化而作闭合动作；反之则反之。闭合动作；反之则反之。1）磁敏管的结构：）磁敏管的结构：电极电极 a电极电极 b玻壳密封件玻壳密封件高顺磁率软铁（高顺磁率软铁（Ni 52%-Fe合金）合金）特点：易受磁、易去磁。特点：易受磁、易去磁。氮氢惰性气体（使簧片不易氧化，不氮氢惰性气体（使簧片不易氧化，不产生电火花）产生电火花）镀白金，使触点电阻极小，动镀白金，使触点电阻极小，动作时亦不粘结。作

22、时亦不粘结。常态下二触点断开状态，电极常态下二触点断开状态，电极 a、b不通。不通。29第29页，共47页。2）磁敏管的工作原理：）磁敏管的工作原理：预备知识：预备知识：在磁铁存在的空间，将形成在磁铁存在的空间，将形成磁力线，方向为磁力线，方向为 N S。当有顺磁材料处于磁场作用当有顺磁材料处于磁场作用范围内，则此材料将被磁化，范围内，则此材料将被磁化，磁化后的极性如下：磁化后的极性如下：N SN S电极电极 a电极电极 bSSNNS N当磁铁移近磁敏管时，磁当磁铁移近磁敏管时，磁铁产生的磁力线使簧片磁铁产生的磁力线使簧片磁化，极性如上。化，极性如上。此时触片分别构成此时触片分别构成 N-S极

23、极而相互吸合，触点闭合，而相互吸合，触点闭合，电极电极a、b接通。接通。当磁铁移离磁敏这时，簧当磁铁移离磁敏这时，簧片立即去磁，触点恢复原片立即去磁，触点恢复原态。态。工作原理：工作原理：30第30页，共47页。3）磁敏管主要技术参数：）磁敏管主要技术参数：动作距离动作距离 =10mm（当簧片吸合时簧片与（当簧片吸合时簧片与 磁铁的距离）磁铁的距离）重复精度重复精度 开启动作开启动作0.05mm;闭合动作闭合动作0.15mm 响应时间响应时间 约等于约等于1.7ms（以一次通断约为（以一次通断约为4ms，频率：频率：1000ms/4ms=250次次/1S）触点容量触点容量 24V、100mA，

24、需视触点面积，需视触点面积 电电 寿寿 命命 =102万次万次 31第31页，共47页。4）磁敏管的驱动形式：）磁敏管的驱动形式：N SN S1、垂直动作、垂直动作2、侧面动作、侧面动作5、旋转动作、旋转动作N SN S挡磁片挡磁片3、遮断动作、遮断动作I4、螺旋管式、螺旋管式电电-磁磁-动作动作线圈通电，簧片线圈通电，簧片吸合；反之则反吸合；反之则反之之动作特点：顺磁方向，触动作特点：顺磁方向，触点闭合；转过点闭合；转过 90度，非度，非顺磁方向，触点断开。磁顺磁方向，触点断开。磁铁旋转铁旋转 1 周，磁敏管通断周，磁敏管通断2 次。次。N SN SN SN SN S触点接通触点接通 2 次

25、，断开次，断开 2 次。次。下一循环下一循环 32第32页，共47页。5）磁敏管应用举例：）磁敏管应用举例：a、流水线产品计数装置：、流水线产品计数装置：计数器计数器物品箱物品箱工作过程：球由传送带从左向右移动，球经磁铁操作杆工作过程：球由传送带从左向右移动，球经磁铁操作杆时将磁铁压下，磁敏管簧片闭合，计数器计数一。当累时将磁铁压下，磁敏管簧片闭合，计数器计数一。当累计满一箱（例如计满一箱（例如5只）时，计数器自动发出一个信号，当只）时，计数器自动发出一个信号，当前物品箱移走，空物品箱移入，继续装球。前物品箱移走，空物品箱移入，继续装球。33第33页，共47页。b、转数测量（低速状态下）：、转

26、数测量（低速状态下）：N S二分频二分频电路电路输入二个脉冲，输出一个脉冲输入二个脉冲，输出一个脉冲2134第34页，共47页。第四节第四节 电阻应变片式传感器电阻应变片式传感器 将被测非电量（物体的位移、应变（压力、张力等）将被测非电量（物体的位移、应变（压力、张力等）的变化转换成导电材料电阻的变化的装置，称电阻式传的变化转换成导电材料电阻的变化的装置，称电阻式传感器。感器。1、种类：、种类：电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电阻器式传感器电阻器式传感器 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 （光敏电阻传感器）（光敏电阻传感器）（磁敏电阻传感器）等。（磁敏电阻传感器）等。其中电阻应变片式传感其中电阻

27、应变片式传感器在某些场合应用较为器在某些场合应用较为广泛、本节即学习该内广泛、本节即学习该内容。容。35第35页，共47页。2、电阻应变片的基本结构与工作原理：、电阻应变片的基本结构与工作原理：1）基本结构：）基本结构：引线引线绝缘基片绝缘基片bL应变方向应变方向电阻丝电阻丝2）工作原理：）工作原理：若应变片沿应变方向受若应变片沿应变方向受拉伸力的作用产生伸长拉伸力的作用产生伸长变形，则电阻丝沿长度变形，则电阻丝沿长度方向（轴向）伸长，而方向（轴向）伸长，而直径变小（变细）。电直径变小（变细）。电阻值增大。反之受压缩阻值增大。反之受压缩力则电阻值减小。力则电阻值减小。这就是电阻应变片在外力作这

28、就是电阻应变片在外力作用下发生阻值变化的基本原用下发生阻值变化的基本原理。理。LL36第36页，共47页。LL以上为定性分析，下面作定量分析：我们以上为定性分析，下面作定量分析：我们可以取电阻丝中的一小段可以取电阻丝中的一小段 L，根据物理学，根据物理学原理，金属体电阻原理，金属体电阻 R 的值与其长度的值与其长度 L 成正成正比，与截面积比，与截面积 A 成反比。成反比。当电阻的电阻率已知为当电阻的电阻率已知为 ，则：，则：R=*L/A 式中：式中：L-m;A-m2;-.M当电阻丝当电阻丝 L 受外力拉伸产生轴向应变伸长为受外力拉伸产生轴向应变伸长为 L，截面，截面积变为积变为 A。则：则：

29、伸长量伸长量L=L-L此时，截面积缩小了此时，截面积缩小了A，A=A-A，电阻率增加，电阻率增加了了 ，电阻变化值为，电阻变化值为R。AA37第37页，共47页。（R+R）=（+）*（L+L）/（A-A）若取应变片电阻的相对变化值与电阻丝长度的相对若取应变片电阻的相对变化值与电阻丝长度的相对变形量，则可以写出表达式：变形量，则可以写出表达式：R/R=K*L/L 式中：式中：K为应变片的灵敏系数为应变片的灵敏系数上式中：上式中：若令电阻丝长度的相对变形量若令电阻丝长度的相对变形量 L/L=则上式可改写为：则上式可改写为：R/R=K*或：或：R=R*K*（K、无量纲）无量纲）以上讨论说明：电阻应变

30、片在外力作用下，电阻值的变化量以上讨论说明：电阻应变片在外力作用下，电阻值的变化量 R 与电阻原值、灵敏系数、电阻丝长度相对变形量成正比。与电阻原值、灵敏系数、电阻丝长度相对变形量成正比。原电阻值越大、灵敏系数越高、长度相对变形量越多，则原电阻值越大、灵敏系数越高、长度相对变形量越多，则R就越大。就越大。则电阻则电阻 R 变化为：变化为：38第38页，共47页。3、应变片典型型号与技术参数：、应变片典型型号与技术参数：1）普通片）普通片型 号形 式电 阻 值灵敏系数尺 寸R（欧姆）K（lxb)mm2PZ-17圆角线栅（纸基）1200.21.952.117x2.8PJ-1201201.92.11

31、2x3PB-5箔式1200.52.02.25x32x1.5350.4%2.051.5x2箔式应变片箔式应变片刻上敏感栅刻上敏感栅39第39页，共47页。型 号材 料电 阻 值灵敏系数尺 寸R（欧姆）K长x宽x高mmPBD7-1KP型单晶硅10001405%7x0.4x0.05PBD7-1201201205%7x0.4x0.082）半导体应变片）半导体应变片半导体应变片特点：灵敏系数半导体应变片特点：灵敏系数 K 高，电阻值高，电阻值 R 变化变化大。即应变片在外力作用下有一个较小的变形，其电阻大。即应变片在外力作用下有一个较小的变形，其电阻值值R 就会有一个较大的变化。这对于那些被测构件变就会

32、有一个较大的变化。这对于那些被测构件变形量很小，而希望获取较大形量很小，而希望获取较大 R 输出的场合，应用半导输出的场合，应用半导体应变片是十分合适的。体应变片是十分合适的。40第40页，共47页。4、应变片式传感器的典型测量电路、应变片式传感器的典型测量电路 全桥电路：全桥电路：在实际应用中，人们发现单片应变片的应力变量太在实际应用中，人们发现单片应变片的应力变量太小，即小，即 R 的变化值太小，不足以提供给后续的电路使的变化值太小，不足以提供给后续的电路使用。为便于测量，使输出的用。为便于测量，使输出的 R 值能较大值能较大（亦即应变片（亦即应变片输出的电压较大）。通常采用由输出的电压较

33、大）。通常采用由 4 片应变片构成的全桥式片应变片构成的全桥式应变片电桥作为输出。应变片电桥作为输出。+-EVoR1R4R2R3运放运放Vc直流电桥，其中直流电桥，其中 R1=R2=R3=R4为方便分析，将该图改绘成：为方便分析，将该图改绘成：E-+R4R1R2R3V1V2Vo参考零电位参考零电位41第41页，共47页。VE-+R4R1R2R3V1V2VoII aI bV2V1电路结构特点：电路结构特点：R1、R2构成串联电路构成串联电路R3、R4构成串联电路构成串联电路(R1与与R2),(R3与与R4)二者二者构成并联电路构成并联电路现求全桥的输出电压现求全桥的输出电压Vo:设设R2上的压降

34、为上的压降为V1，R3上的压上的压降为降为V2；则：；则：Vo=V1-V2 式式1根据欧姆电路定律，在一纯根据欧姆电路定律，在一纯电阻电路里，流过电路的电电阻电路里，流过电路的电流流 I 与电压与电压 V 成正比，与电成正比，与电阻阻 R 成反比。成反比。即：即：I=V/R 亦即亦即 V=I*R为此：为此：V1=Ia*R2 式式2同理：同理：V2=Ib*R3 式式342第42页，共47页。上式中：上式中：Ia=VE /（R1+R2）式式4 Ib=VE /（R3+R4）式式5将将式式4、式、式5分别代入分别代入式式2、式、式3：V1=Ia*R2=VE*R2/(R1+R2)式式6V2=Ib*R3=

35、VE*R3/(R3+R4)式式7将将式式6、式、式7代入代入式式1，则：则：Vo=V1-V2=VE*R2/(R1+R2)-VE*R3/(R3+R4)=VE R2(R3+R4)-R3(R1+R2)/(R1+R2)(R3+R4)=VE(R2R3+R2R4-R1R3-R2R3)/(R1+R2)(R3+R4)上式经化简后，上式经化简后，全桥电路的输出表达式为：全桥电路的输出表达式为：VE*(R2R4-R1R3)(R1+R2)(R3+R4)Vo=43第43页，共47页。4、应用举例：、应用举例：纺织纱线张力测量系统：纺织纱线张力测量系统：1）应变片全桥测量电路）应变片全桥测量电路R2R1R3R4FR2R

36、1R3R4F伸长伸长+L伸长伸长+L压缩压缩-L压缩压缩-L在纱线张力作用下，悬臂梁弯在纱线张力作用下，悬臂梁弯曲变形：曲变形：R2、R4电阻丝轴向产生伸长电阻丝轴向产生伸长变形，变形，R2 、R4R1、R3电阻丝轴向产生压电阻丝轴向产生压缩变形，缩变形，R1 、R3VE-+R4R1R2R3V1V2Vo44第44页，共47页。VE-+R4R1R2R3V1V2VoVo=V1 -V2若某全桥电路的供电电若某全桥电路的供电电压压Ve=+9V;R1R4=120欧欧;若各应变片拉伸（压若各应变片拉伸（压缩）变形后的电阻值变缩）变形后的电阻值变化化R=2.5欧姆欧姆.Vo=VE*(R2R4-R1R3)(R

37、1+R2)(R3+R4)试求全桥电路的输出电压值试求全桥电路的输出电压值Vo。根据公式：。根据公式：9*(120+2.5)(120+2.5)-(120-2.5)(120-2.5)(120-2.5)+(120+2.5)(120-2.5)+(120+2.5)=0.19 V 45第45页，共47页。2）纱线张力测量系统总成）纱线张力测量系统总成试试件件悬悬臂臂梁梁应应变变片片全全桥桥电电路路显显示示与与记记录录模模/数数转转换换微微机机处处理理数字数字显示显示打印打印外外力力F形形变变RV模拟量模拟量F(N)0NtVtCP数字值或数字值或绘曲线绘曲线46第46页，共47页。本章结束47第47页，共47页。