压力传感器特性及其应用设计.ppt
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压力传感器特性及其应用设计,压力传感器特性及应用设计,Ⅰ部分（关于压力传感器特性的实验报告）压力传感器是利用应变电阻效应，将力学量转换成易于测量的电压量的器件,是最基本的传感器之一，它种类很多，应用也及广。研究压力传感器的特性，具有非常实际的意义。,实验目的（1）了解和研究压力传感器的静态、动态特性及其应用。（2）理解半桥及全桥电路原理。（3）设计电子称原理图。（4）设计压力报警控制装置。,实验仪器压力传感器电位差计稳压电源变阻箱砝码等,实验原理实验中使用的压力传感器是由两片电阻应变片组成，分别粘贴在平衡梁两、上下两表面上，两个电阻应变片以及外加的两个变阻器组成差动半桥，采用非平衡电桥原理，把压力转化为不平衡电压进行测量。下面具体讨论一下压力传感器的几种特性。(1)非电量电测系统框图,,（2）应变与压力的关系,等截面梁结构示意图,电阻应变片是将机械应变转换成电阻阻值的变化。将电阻应变片粘贴在悬臂梁式弹性体上（如图），等截面悬臂梁一端固定，截面积S处处相等（S=bh，宽度为b，厚度为h）。在距载荷F着力点L0的上下表面，顺L0方向粘贴有受拉应变片R1和受压的R2。粘贴应变片处的应变为N=f/Y=6FL0/(bh*hY)式中：f是应变片处的应力；Y是弹性体的弹性模量。从式中可以看出，除压力F外，其余各量均为常量，所以应变N与压力F成正比。,（2）电阻的变化也电压的关系参见前面实验可知，输出电压U与电阻值的变化成正比。由此可见，差动电桥既没有非线性误差，又具有较高的灵敏度，同时还具有适应温度变化的补偿能力等优点。实验中，输出电压U可由电位差计测出。此时电桥的输出电压U为：若R1=R2=R3=R4和ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，则有,（3）压力传感器的静态特性压力传感器的静态特性是指输入不随时间而变化的特性，即在静载荷作用下，用实验的方法求得输入的力与传感器输出电压之间的关系（线性关系），即U=a+bF。由输入和输出的关系，即可研究静态特性。1.灵敏度S传感器在静态工作条件下单位压力所产生的输出电压，称为静态灵敏度。灵敏度越高，其分辨率也高。如下公式表示：这实际上就是传感器输入输出特性曲线上某点的斜率。非线性传感器各处的灵敏度是不相同的，对于线性传感器灵敏度则为：,2.线性度（非线性误差）L将传感器的实际零点和满量程断电连线作为理论直线，传感器实际平均输出特性曲线对理论直线的偏差，以传感器满量程输出的百分比表示。,3.迟滞（迟滞误差）H传感器在正、反行程中，输入输出曲线不重复的程度称为迟滞。,4.重复度R在多次重复测量正、反行程中，传感器对同一输入量有不同的输出值，这种差值称为重复差值。5.压力传感器的动态特性（响应）动态特性是指输入随时间而变化的特性，传感器能随时间精确的跟踪输入量，输出能够按照输入的变化规律而变化，这个过程称为响应，响应是描述动态特性的重要参数。,,实验步骤（1）检查实验仪器，按照非平衡电桥原理，连接半桥电路；（2）打开电源，调节电压至6。0伏（具体实验具体要求），并将电流调至最大；（3）调节变阻箱的阻值，使得电位差计的示数小于0。2（本实验使用的电位差计基本单位200毫伏）；（4）加载力，记录数据，填入表格，进行数据处理；（5）比较半桥与全桥电路的优劣；,,实验数据表格一,表格二,数据处理,（1）测定压力传感器特性曲线（应力与电压线性关系的数据处理）根据表格三中的数据，在坐标纸上画出应力与电压分别对应的坐标，将这些点连接起来得到一条曲线，如果忽略掉一些点的话，就会得到一条近似的直线，这就是应力与电压成线性关系。如图，,,（2）输出电压与加载力之间的关系图,,Ⅱ部分（关于压力传感器特性的创新及其应用）,（一）全桥电路的实验组装1．实验步骤：利用实验室所给的仪器把半桥电桥改装成全桥电桥。在横梁上下表面分别粘贴两个电阻应变片（如图所示）。一号电阻应变片接在1—2号接线柱之间。二号电阻应变片接在2—5号接线柱之间。三号电阻应变片接在1—4号接线柱之间。四号电阻应变片接在4—5号接线柱之间。在2—4号接线柱之间接一个电位器（电位器为了调节刚开始时电桥两边之间电压的平衡，使电桥两边之间的电势差控制在一个可以接受的误差范围以内）然后在电位器和4号接线柱上接一个放大器。再在放大器上接一个数字信号转换器。这样就能把数字信号转换成计算机可以识别的信号。再把数字转换器接在计算机上就可以适时检测压力，并把压力转换成物质的质量。最后在两边接上电源，就可以正常工作。,2.实验所用仪器的改装。由于实验室中的仪器为半桥电桥，所以需要对实验用仪器进行一定的改装。在半桥电桥中只需要三个接线柱，而在全桥电桥中则需要五个接线柱。而且需要把原来的两个变阻箱换成两个电阻应变片贴在仪器的横梁上，然后进行线路的连接。具体的连接方法（如图所示）,全桥电路应用图,全桥电路实验原理图说明：一、二、三、四为电阻应变片，1、2、3、4、5为五个接线柱,2．利用计算机接口，进行自动适时检测压力，并转换成物质质量，进行显示。用A/D，D/A转换接口把实验设备与计算机，把电压信号转换成计算机能够接受的信号。编制相关程序进行适时检测：,计算机与压力传感器的连接,,计算机信号转换的程序,#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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- 压力传感器 特性 及其 应用 设计
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