2、截面积A、长度L发生变化——电阻应变
片传感器；
3、电阻率ρ发生变化——热敏电阻、光导 性光检测器等。
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1.电位器式传感器
➢ 通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化， 从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转 换成电压或电流的变化值。
➢电位器式传感器 分为直线位移型、 角位移型和非线性 型等，如图所示。
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❖ 康铜应用最广； ❖ 半导体电阻温度系数大，要进行温度补偿； ❖ 半导体有很高的压阻效应，灵敏度是康铜的70－
90倍，但非线性也比较大。
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3 传感器测量电路
电桥电路又叫惠斯登电桥，它是将电阻、电容、电 感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量 电路。
（1）平衡电桥：IL=0时
平衡条件 :
R1+⊿R1
R1R4=R2R3
R1/R2=R3/R4
R3
R2
IL
RL
R4
U
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（2）不平衡直流电桥
当电桥后面接放大器时, 电桥输出端看成开路. 电桥的输出式为：
U0(R1R 1R R42)(R R32R 3R4)U
应变片工作时，其电阻变化ΔR
U 0 U ( ( R R 1 1 R R 1 1 ) R R ( 4 2 R R 4 ) 2 ) R (R ( 3 2 R R 3 2 )R R 4 ( 3 R R 4 3 ) )
④ 电桥供电电压U越高，输出电压U0越大。但是，当 U大时，电阻应变片通过的电流也大，若超过电阻 应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出
现蠕变和零漂。
⑤ 增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出
电压。
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单臂电桥：即R1桥臂变化ΔR
略去分母中的ΔR1/R1项 ,假设ΔR1/R1<<1
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工作原理
❖ 电阻式传感器测量原理:
被测的非电量
ΔR
电量输出
❖其基本原理为：设有一根长度为L，截面积为A，
电阻率为ρ的金属丝，则它的电阻值R可用下
式表示：
RR
L
A
l A
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三个参数：长度L，截面积A，电阻率ρ， 如果发生变化，则它的电阻值R随之发生变 化，构成不同电阻传感器：
1、长度L发生变化——电位器式传感器；
理想的线性关系：
U0'
U 4
R R
实际输出电压： U 0U 4R R 2 RU 4 R R 11 2 R R 1
电桥的相对非线性误差：
U U 0 0 ' 1 1 1 2 R R 1 1 1 1 2 R R 1 1 2 R R 1 2 K
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R1＋⊿R1 R3－⊿R3
全桥差动电路
R2－⊿R2 U0
R4＋⊿R4
输出电压为：
U0
U
R
R
U
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恒流源供电电桥
假设ΔRT为温度引起的电阻变化
IABCIADC12I
电桥的输出为
U0 UBD 12I(RRRT)12I(RRRT) IR
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。
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2.5 几种常见传感器原理
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2.5.1 RLC传感器
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一、电阻应变式传感器
❖位移或应变能够引起某些材料的电阻值变化，因 此可用它们构成电阻应变式传感器。
❖ 特点：分辨率高(<1m)，误差小(<±1%), ❖重量轻，量程大，尺寸小，价格低，可用来测动
态和静态量。
臂为纯电阻R1和R2，其中R
U0U 4 R R1 R R2 R R3 R R4
U0U 4K 1234
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① ΔRi<< R时，电桥的输出电压与应变成线性关系。 ② 若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压
应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应 变极性不同，则输出电压为两者之和。
③ 若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之 和；反之则为两者之差。
电桥电路按其所采用的激 励电源类型
直流电桥 交流电桥
工作方式有两种：平衡电桥（零检测器）和不平衡电 桥。在传感器的应用中主要是不平衡电桥。
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直流电桥
直流电桥
桥路输出
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I L U R L ( R 1 R 2 )R 3 ( R 4 ) R 1 R R 1 4 R - 2 R ( R 2 R 3 3 R 4 ) R 3 R 4 ( R 1 R 2 )
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采用等臂电桥，即R1= R2= R3=R4=R 。此时有：
U 0 U R ( R 1 ( 2 R R 2 R 1 R 3 R 2 ) R 2 4 R ) ( R R 1 3 R 4 R 4 ) R 2 R 3
当ΔRi<< R ( i=1,2,3,4) 时，略去上式中的高阶微量，则
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❖电位器式传感器一般采用电阻分压电路，将电
参量R 转换为电压输出给后续电路，如图所示。
当触头移动时，输出电压为：
u
u i
o L R 1 x
x
R L
L
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2.电阻应变片
❖ 片状电阻元件贴在构件上构成。 ❖ 有丝绕式，短接式，泊式，半导体，还可用硅条做成产
品。
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典型结构
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半桥差动电桥2
U0
R3
R4
U
U 0U [R 1R R 1 1 R R 21 R 2R 3R 3R 4]
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R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR
U0＝U2
R
R
严格的线性关系 电桥灵敏度比单臂时提高一倍 温度补偿作用
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交流电桥
如果电桥的供电电源为交流电压时，这种电桥称为交 流电桥。
❖为适应电感、电容式传感器的需要 ❖交流电桥通常采用正弦交流电压供电，在频率较高 的情况下需要考虑分布电感和分布电容的影响。
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（1）交流电桥的平衡条件
交流电桥的四臂可以为：电阻、电容、电感或变压器的两 个次级线圈
交流电桥的四个桥臂分别用阻抗 Z 1 、Z 2 、Z 3 、 Z 4 表示
交流电桥的平衡条件为：
Z1Z4 Z2Z3
电阻交流电桥 电感电桥 电容电桥 变压器电桥电路
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电阻交流电桥
1、单臂电阻； 2、等臂差动电桥 ； 3、全桥交流电桥。
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电感电桥
两相邻桥臂为电感L1和L2，另两