壓力傳感器特性及其應(yīng)用設(shè)計.ppt
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壓力傳感器特性及其應(yīng)用設(shè)計,壓力傳感器特性及應(yīng)用設(shè)計,Ⅰ部分(關(guān)于壓力傳感器特性的實驗報告)壓力傳感器是利用應(yīng)變電阻效應(yīng),將力學(xué)量轉(zhuǎn)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(yīng)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?zāi)康模?)了解和研究壓力傳感器的靜態(tài)、動態(tài)特性及其應(yīng)用。(2)理解半橋及全橋電路原理。(3)設(shè)計電子稱原理圖。(4)設(shè)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(yīng)變片組成,分別粘貼在平衡梁兩、上下兩表面上,兩個電阻應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)變與壓力的關(guān)系,等截面梁結(jié)構(gòu)示意圖,電阻應(yīng)變片是將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻阻值的變化。將電阻應(yīng)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(yīng)變片R1和受壓的R2。粘貼應(yīng)變片處的應(yīng)變?yōu)镹=f/Y=6FL0/(bh*hY)式中:f是應(yīng)變片處的應(yīng)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(yīng)變N與壓力F成正比。,(2)電阻的變化也電壓的關(guān)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(yīng)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(guān)系(線性關(guān)系),即U=a+bF。由輸入和輸出的關(guān)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(chǎn)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(fù)的程度稱為遲滯。,4.重復(fù)度R在多次重復(fù)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(fù)差值。5.壓力傳感器的動態(tài)特性(響應(yīng))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(yīng),響應(yīng)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(diào)節(jié)電壓至6。0伏(具體實驗具體要求),并將電流調(diào)至最大;(3)調(diào)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(yīng)力與電壓線性關(guān)系的數(shù)據(jù)處理)根據(jù)表格三中的數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上畫出應(yīng)力與電壓分別對應(yīng)的坐標(biāo),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(yīng)力與電壓成線性關(guān)系。如圖,,,(2)輸出電壓與加載力之間的關(guān)系圖,,Ⅱ部分(關(guān)于壓力傳感器特性的創(chuàng)新及其應(yīng)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(yīng)變片(如圖所示)。一號電阻應(yīng)變片接在1—2號接線柱之間。二號電阻應(yīng)變片接在2—5號接線柱之間。三號電阻應(yīng)變片接在1—4號接線柱之間。四號電阻應(yīng)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(diào)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(nèi))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(zhuǎn)換器。這樣就能把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的信號。再把數(shù)字轉(zhuǎn)換器接在計算機上就可以適時檢測壓力,并把壓力轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的質(zhì)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(yīng)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(yīng)用圖,全橋電路實驗原理圖說明:一、二、三、四為電阻應(yīng)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(zhuǎn)換成物質(zhì)質(zhì)量,進行顯示。用A/D,D/A轉(zhuǎn)換接口把實驗設(shè)備與計算機,把電壓信號轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的信號。編制相關(guān)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(zhuǎn)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=”<- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 壓力傳感器 特性 及其 應(yīng)用 設(shè)計
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