电阻传感器是一种广泛应用于各种物理量检测的技术,如位移、压力、温度等。它们通过电阻值的变化来感知和转换这些物理量。以下是关于电阻传感器,尤其是电位器传感器和热电阻传感器的详细知识。
电位器传感器是电阻传感器的一种,其基本工作原理是通过改变电阻器的电阻值来反映位移量。电位器的符号表示了它作为位移传感器的角色,通过电参数的变化来测量物体的位置。电位器传感器有多种应用电路,包括用于信号调整、比例控制等。电位器的噪声主要分为内部电子噪声和外部机械噪声,其中外部机械噪声(如电刷触点的摩擦)是主要的噪声源。为了降低噪声,电位器的电阻丝有特定的要求:电阻系数大以便在较短长度下得到较大电阻,温度系数小以减少温度变化的影响,热电势小以避免热电偶效应,抗腐蚀以保持触点的良好接触,以及柔软且强度高以确保耐用性。常用的电阻丝材料包括铜镍合金(如康铜丝)、铜锰合金和铂铱合金。
接下来,热电阻传感器是另一种重要的电阻传感器类型,主要用于温度测量。它们主要由金属热电阻构成,如铂、铜、锰或碳电阻。铂电阻具有良好的线性度和宽的测温范围,适用于低温到中高温环境。热电阻与热电偶相比,是电参数传感器,测温范围限于低温,而热电偶能测量更高的温度。热电阻传感器根据温度系数和非线性关系分为两大类:直热式和旁热式。直热式热敏电阻直接与热源接触,而旁热式则通过内部线圈产生热量来影响电阻值。
热敏电阻,也被称为半导体热电阻,是由金属氧化物组成的,其温度系数(灵敏度)高于热电阻,但其电阻值与温度的关系是非线性的。热电阻传感器的应用广泛,包括金属热电阻和半导体热电阻。金属热电阻常用于精确温度测量,而半导体热电阻则常见于温度控制和补偿。例如,在温度控制中,热敏电阻可用于热继电器;在温度补偿中,热敏电阻与锰铜丝电阻并联后与被补偿元件串联,以抵消温度变化对元件电阻的影响。
至于为什么在应用中常常使用电桥电路而不是简单的分压电路,主要是因为电桥电路能提供更高的输出电压相对变化量,且对于直流小信号,电桥电路配合差分输入电路可以更有效地放大信号。尽管电桥电路比分压电路复杂,但其性能优势使其成为电阻传感器中常用的信号处理方式。