壓力傳感器特性及其應用設計.ppt
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壓力傳感器特性及其應用設計,壓力傳感器特性及應用設計,Ⅰ部分（關于壓力傳感器特性的實驗報告）壓力傳感器是利用應變電阻效應，將力學量轉換成易于測量的電壓量的器件,是最基本的傳感器之一，它種類很多，應用也及廣。研究壓力傳感器的特性，具有非常實際的意義。,實驗目的（1）了解和研究壓力傳感器的靜態(tài)、動態(tài)特性及其應用。（2）理解半橋及全橋電路原理。（3）設計電子稱原理圖。（4）設計壓力報警控制裝置。,實驗儀器壓力傳感器電位差計穩(wěn)壓電源變阻箱砝碼等,實驗原理實驗中使用的壓力傳感器是由兩片電阻應變片組成，分別粘貼在平衡梁兩、上下兩表面上，兩個電阻應變片以及外加的兩個變阻器組成差動半橋，采用非平衡電橋原理，把壓力轉化為不平衡電壓進行測量。下面具體討論一下壓力傳感器的幾種特性。(1)非電量電測系統(tǒng)框圖,,（2）應變與壓力的關系,等截面梁結構示意圖,電阻應變片是將機械應變轉換成電阻阻值的變化。將電阻應變片粘貼在懸臂梁式彈性體上（如圖），等截面懸臂梁一端固定，截面積S處處相等（S=bh，寬度為b，厚度為h）。在距載荷F著力點L0的上下表面，順L0方向粘貼有受拉應變片R1和受壓的R2。粘貼應變片處的應變?yōu)镹=f/Y=6FL0/(bh*hY)式中：f是應變片處的應力；Y是彈性體的彈性模量。從式中可以看出，除壓力F外，其余各量均為常量，所以應變N與壓力F成正比。,（2）電阻的變化也電壓的關系參見前面實驗可知，輸出電壓U與電阻值的變化成正比。由此可見，差動電橋既沒有非線性誤差，又具有較高的靈敏度，同時還具有適應溫度變化的補償能力等優(yōu)點。實驗中，輸出電壓U可由電位差計測出。此時電橋的輸出電壓U為：若R1=R2=R3=R4和ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，則有,（3）壓力傳感器的靜態(tài)特性壓力傳感器的靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，即在靜載荷作用下，用實驗的方法求得輸入的力與傳感器輸出電壓之間的關系（線性關系），即U=a+bF。由輸入和輸出的關系，即可研究靜態(tài)特性。1.靈敏度S傳感器在靜態(tài)工作條件下單位壓力所產生的輸出電壓，稱為靜態(tài)靈敏度。靈敏度越高，其分辨率也高。如下公式表示：這實際上就是傳感器輸入輸出特性曲線上某點的斜率。非線性傳感器各處的靈敏度是不相同的，對于線性傳感器靈敏度則為：,2.線性度（非線性誤差）L將傳感器的實際零點和滿量程斷電連線作為理論直線，傳感器實際平均輸出特性曲線對理論直線的偏差，以傳感器滿量程輸出的百分比表示。,3.遲滯（遲滯誤差）H傳感器在正、反行程中，輸入輸出曲線不重復的程度稱為遲滯。,4.重復度R在多次重復測量正、反行程中，傳感器對同一輸入量有不同的輸出值，這種差值稱為重復差值。5.壓力傳感器的動態(tài)特性（響應）動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性，傳感器能隨時間精確的跟蹤輸入量，輸出能夠按照輸入的變化規(guī)律而變化，這個過程稱為響應，響應是描述動態(tài)特性的重要參數(shù)。,,實驗步驟（1）檢查實驗儀器，按照非平衡電橋原理，連接半橋電路；（2）打開電源，調節(jié)電壓至6。0伏（具體實驗具體要求），并將電流調至最大；（3）調節(jié)變阻箱的阻值，使得電位差計的示數(shù)小于0。2（本實驗使用的電位差計基本單位200毫伏）；（4）加載力，記錄數(shù)據(jù)，填入表格，進行數(shù)據(jù)處理；（5）比較半橋與全橋電路的優(yōu)劣；,,實驗數(shù)據(jù)表格一,表格二,數(shù)據(jù)處理,（1）測定壓力傳感器特性曲線（應力與電壓線性關系的數(shù)據(jù)處理）根據(jù)表格三中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上畫出應力與電壓分別對應的坐標，將這些點連接起來得到一條曲線，如果忽略掉一些點的話，就會得到一條近似的直線，這就是應力與電壓成線性關系。如圖，,,（2）輸出電壓與加載力之間的關系圖,,Ⅱ部分（關于壓力傳感器特性的創(chuàng)新及其應用）,（一）全橋電路的實驗組裝1．實驗步驟：利用實驗室所給的儀器把半橋電橋改裝成全橋電橋。在橫梁上下表面分別粘貼兩個電阻應變片（如圖所示）。一號電阻應變片接在1—2號接線柱之間。二號電阻應變片接在2—5號接線柱之間。三號電阻應變片接在1—4號接線柱之間。四號電阻應變片接在4—5號接線柱之間。在2—4號接線柱之間接一個電位器（電位器為了調節(jié)剛開始時電橋兩邊之間電壓的平衡，使電橋兩邊之間的電勢差控制在一個可以接受的誤差范圍以內）然后在電位器和4號接線柱上接一個放大器。再在放大器上接一個數(shù)字信號轉換器。這樣就能把數(shù)字信號轉換成計算機可以識別的信號。再把數(shù)字轉換器接在計算機上就可以適時檢測壓力，并把壓力轉換成物質的質量。最后在兩邊接上電源，就可以正常工作。,2.實驗所用儀器的改裝。由于實驗室中的儀器為半橋電橋，所以需要對實驗用儀器進行一定的改裝。在半橋電橋中只需要三個接線柱，而在全橋電橋中則需要五個接線柱。而且需要把原來的兩個變阻箱換成兩個電阻應變片貼在儀器的橫梁上，然后進行線路的連接。具體的連接方法（如圖所示）,全橋電路應用圖,全橋電路實驗原理圖說明：一、二、三、四為電阻應變片，1、2、3、4、5為五個接線柱,2．利用計算機接口，進行自動適時檢測壓力，并轉換成物質質量，進行顯示。用A/D，D/A轉換接口把實驗設備與計算機，把電壓信號轉換成計算機能夠接受的信號。編制相關程序進行適時檢測：,計算機與壓力傳感器的連接,,計算機信號轉換的程序,#includeVoidmain();{Doublea,b,u,m;Cout>u;Cout>a;Cout>b;M=u/(9.8*b)-a/(9.8*b);Cout<<“m=”<
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- 壓力傳感器 特性 及其 應用 設計
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