电阻式传感器测量原理和测量电路

电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变化，再经过转换电路变成电量输出。根据传感器组成材料变化或传感器原理变化，产生了各种各样的电阻式传感器，主要包括压敏式传感器、热敏传感器、光敏传感器、湿敏传感器。

电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、加速度和温度等非电量参数。电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。

以典型的固态压阻式压力传感器为例，硅单晶材料在受到外力作用产生极微小应变时，其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化。用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻，构成惠斯登电桥（Wheatstone bridge），利用硅材料的弹性力学特性，在同一片硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。 再给传感器匹配一个放大电路及相关外围部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器。

图1 硅压阻式压力传感器结构及等效原理图

图2 恒流驱动典型电路

硅压阻式传感器一般对温度比较敏感，但随着集成工艺技术的进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性也得到进一步提高，而且在新一代的传感器中，原始的手工补偿已被激光调阻、计算机自动修调等技术所替代，传感器的温度系数已经非常小了，工作温度范围也大幅度提高了。

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电阻的测量

我们感到舒适的相对湿度一般为50％～60％，某学校物理兴趣小组的同学要探究一湿敏传感器的电阻随湿度变化的规律。他们在室内用多用电表测得这个湿敏传感器的电阻为160Ω。

（1）利用以下实验器材设计实验，研究湿敏传感器的电阻随湿度变化的规律。

A.湿敏电阻（符号为⊙）

B.指针湿度计（如图甲所示）

C.电流表A1（量程为60mA，内阻约为1Ω）

D.电流表A2（量程为3A，内阻约为0.1Ω）

E.电压表V（量程为6V，内阻约为6kΩ）

F.滑动变阻器R1（最大阻值为500Ω，0.5A）

G.滑动变阻器R2（最大阻值为5Ω，2A）

H.蓄电池（电动势为9V，内阻为0.05Ω）

1.开关一个，导线若干

J.湿度小室（能改变相对湿度的容器）

①实验要求通过湿敏电阻的电流从零开始增大，则电流表应选择_，滑动变阻器应选择_（填器材前的字母标号）

②请在虚线框内画出设计好的电路图。

（2）实验的主要步骤:

①把湿敏电阻放到湿度小室（预调整到相对温度RH为20），正确连接好电路，闭合开关，滑动变阻器的

电阻从零开始调整，当电流表和电压表的示数适当时，记录下电流表、电压表和湿度计的示数，断开开关

②改变湿度小室的相对湿度，闭合开关，记录电流表、电压表和湿度计的示数，断开开关

③重复①②的操作若干次，测得多组数据。

若他们得到的湿敏电阻的阻值随相对湿度变化的图象如图乙所示，则湿敏电阻的阻值随相对湿度变化的函数关系为R＝_。

注意：若电压表V的内阻为6kΩ，则安培表为外接。

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