壓力傳感器特性及其應(yīng)用設(shè)計(jì).ppt
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壓力傳感器特性及其應(yīng)用設(shè)計(jì),壓力傳感器特性及應(yīng)用設(shè)計(jì),Ⅰ部分（關(guān)于壓力傳感器特性的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(cè)量的電壓量的器件,是最基本的傳感器之一，它種類(lèi)很多，應(yīng)用也及廣。研究壓力傳感器的特性，具有非常實(shí)際的意義。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解和研究壓力傳感器的靜態(tài)、動(dòng)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(jì)電子稱(chēng)原理圖。（4）設(shè)計(jì)壓力報(bào)警控制裝置。,實(shí)驗(yàn)儀器壓力傳感器電位差計(jì)穩(wěn)壓電源變阻箱砝碼等,實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)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(gè)電阻應(yīng)變片以及外加的兩個(gè)變阻器組成差動(dòng)半橋，采用非平衡電橋原理，把壓力轉(zhuǎn)化為不平衡電壓進(jìn)行測(cè)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(cè)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(jī)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(diǎn)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(jiàn)前面實(shí)驗(yàn)可知，輸出電壓U與電阻值的變化成正比。由此可見(jiàn)，差動(dòng)電橋既沒(méi)有非線(xiàn)性誤差，又具有較高的靈敏度，同時(shí)還具有適應(yīng)溫度變化的補(bǔ)償能力等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，輸出電壓U可由電位差計(jì)測(cè)出。此時(shí)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(shí)間而變化的特性，即在靜載荷作用下，用實(shí)驗(yàn)的方法求得輸入的力與傳感器輸出電壓之間的關(guān)系（線(xiàn)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(chēng)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(shí)際上就是傳感器輸入輸出特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)的斜率。非線(xiàn)性傳感器各處的靈敏度是不相同的，對(duì)于線(xiàn)性傳感器靈敏度則為：,2.線(xiàn)性度（非線(xiàn)性誤差）L將傳感器的實(shí)際零點(diǎn)和滿(mǎn)量程斷電連線(xiàn)作為理論直線(xiàn)，傳感器實(shí)際平均輸出特性曲線(xiàn)對(duì)理論直線(xiàn)的偏差，以傳感器滿(mǎn)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(xiàn)不重復(fù)的程度稱(chēng)為遲滯。,4.重復(fù)度R在多次重復(fù)測(cè)量正、反行程中，傳感器對(duì)同一輸入量有不同的輸出值，這種差值稱(chēng)為重復(fù)差值。5.壓力傳感器的動(dòng)態(tài)特性（響應(yīng)）動(dòng)態(tài)特性是指輸入隨時(shí)間而變化的特性，傳感器能隨時(shí)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(gè)過(guò)程稱(chēng)為響應(yīng)，響應(yīng)是描述動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。,,實(shí)驗(yàn)步驟（1）檢查實(shí)驗(yàn)儀器，按照非平衡電橋原理，連接半橋電路；（2）打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)電壓至6。0伏（具體實(shí)驗(yàn)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(jì)的示數(shù)小于0。2（本實(shí)驗(yàn)使用的電位差計(jì)基本單位200毫伏）；（4）加載力，記錄數(shù)據(jù)，填入表格，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；（5）比較半橋與全橋電路的優(yōu)劣；,,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格一,表格二,數(shù)據(jù)處理,（1）測(cè)定壓力傳感器特性曲線(xiàn)（應(yīng)力與電壓線(xiàn)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(huà)出應(yīng)力與電壓分別對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，將這些點(diǎn)連接起來(lái)得到一條曲線(xiàn)，如果忽略掉一些點(diǎn)的話(huà)，就會(huì)得到一條近似的直線(xiàn)，這就是應(yīng)力與電壓成線(xiàn)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(shí)驗(yàn)組裝1．實(shí)驗(yàn)步驟：利用實(shí)驗(yàn)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(gè)電阻應(yīng)變片（如圖所示）。一號(hào)電阻應(yīng)變片接在1—2號(hào)接線(xiàn)柱之間。二號(hào)電阻應(yīng)變片接在2—5號(hào)接線(xiàn)柱之間。三號(hào)電阻應(yīng)變片接在1—4號(hào)接線(xiàn)柱之間。四號(hào)電阻應(yīng)變片接在4—5號(hào)接線(xiàn)柱之間。在2—4號(hào)接線(xiàn)柱之間接一個(gè)電位器（電位器為了調(diào)節(jié)剛開(kāi)始時(shí)電橋兩邊之間電壓的平衡，使電橋兩邊之間的電勢(shì)差控制在一個(gè)可以接受的誤差范圍以?xún)?nèi)）然后在電位器和4號(hào)接線(xiàn)柱上接一個(gè)放大器。再在放大器上接一個(gè)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器。這樣就能把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)。再把數(shù)字轉(zhuǎn)換器接在計(jì)算機(jī)上就可以適時(shí)檢測(cè)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(shí)驗(yàn)所用儀器的改裝。由于實(shí)驗(yàn)室中的儀器為半橋電橋，所以需要對(duì)實(shí)驗(yàn)用儀器進(jìn)行一定的改裝。在半橋電橋中只需要三個(gè)接線(xiàn)柱，而在全橋電橋中則需要五個(gè)接線(xiàn)柱。而且需要把原來(lái)的兩個(gè)變阻箱換成兩個(gè)電阻應(yīng)變片貼在儀器的橫梁上，然后進(jìn)行線(xiàn)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(shí)驗(yàn)原理圖說(shuō)明：一、二、三、四為電阻應(yīng)變片，1、2、3、4、5為五個(gè)接線(xiàn)柱,2．利用計(jì)算機(jī)接口，進(jìn)行自動(dòng)適時(shí)檢測(cè)壓力，并轉(zhuǎn)換成物質(zhì)質(zhì)量，進(jìn)行顯示。用A/D，D/A轉(zhuǎn)換接口把實(shí)驗(yàn)設(shè)備與計(jì)算機(jī)，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接受的信號(hào)。編制相關(guān)程序進(jìn)行適時(shí)檢測(cè)：,計(jì)算機(jī)與壓力傳感器的連接,,計(jì)算機(jī)信號(hào)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=”<下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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