电阻应变传感器与温度自补偿技术

"双臂半桥的温度自补偿-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第二章，第1节电阻传感器）" 在传感器技术中，双臂半桥是一种常用的测量系统，尤其在应对温度变化引起的测量误差方面表现出色。双臂半桥的温度自补偿机制是通过设计来抵消温度对电阻值的影响，从而提高测量精度。当环境温度上升，桥臂中的电阻R1和R2会因材料的热胀效应而同时增大，而固定电阻R3和R4保持不变。这种情况下，如果仅使用单臂半桥，由于被测物体长度增加导致的应变片拉长，会引入测量误差，而双臂半桥可以通过调整电路参数来消除这种误差。 电阻传感器，特别是电阻应变片，是利用材料的应变效应来感知力的变化。应变效应指的是材料在外力作用下产生机械变形，导致其电阻值相应变化的现象。电阻应变片通常由电阻丝、弹性元件和测量转换电桥电路组成。当电阻丝受到拉伸或压缩时，其长度和截面积发生变化，进而改变电阻值。 电桥电路，如半桥或全桥配置，被用于放大这些微小的电阻变化。非平衡电桥在没有外力作用时，其输出电压不为零，可以方便地进行调零操作。在双臂半桥中，两个相邻的应变片连接在同一桥臂，一个承受拉力，另一个承受压力，它们的电阻变化相互抵消，从而实现温度补偿。 在实际应用中，电阻应变传感器广泛应用于荷重传感器、扭矩传感器以及压阻式固态压力传感器等。荷重传感器常用于测量物体的重量，例如汽车衡；扭矩传感器则用于检测旋转物体的扭矩；压阻式固态压力传感器则利用材料的压阻效应，当压力作用于传感器时，内部的电阻值会发生变化，进而转化为电信号输出。 压阻式固态压力传感器是基于半导体材料的压阻效应，其电阻变化与施加的压力成比例。N型和P型硅的压阻系数不同，使得它们在受拉或受压时表现出不同的电阻变化，这使得可以根据需要选择适合的材料以获得所需的灵敏度和稳定性。 总结来说，电阻传感器，尤其是双臂半桥配置，是现代测量技术中的重要组成部分，它能够通过温度自补偿技术来减小环境温度变化对测量结果的影响。结合应变效应和电桥电路，这些传感器能够精确地测量力、压力和扭矩等多种物理量，在工业自动化、汽车工程、航空航天以及医疗设备等领域有着广泛应用。