第四章电阻式传感器.ppt
文本预览下载声明
压阻式传感器具有频响高、体积小、精度高、测量电路与传感器一体化等特点,压阻式传感器相当广泛地应用在航天、航空、航海、石油、化工、动力机械、生物医学、气象、地质地震测量等各个领域。 1.生物医学上的应用 小尺寸,高输出和稳定可靠的性能,使得压阻式传感器成为生物医学上理想的测试手段。 压阻式传感器的应用 2.爆炸压力和冲击波的测量 在爆炸压力和冲击波的测试中,广泛应用压阻式压力传感器。 3.汽车上的应用 用硅压阻式传感器与电子计算机配合可监测和控制汽车发动机的性能,以达到节能目的。此外还可用来测量汽车启动和刹车时的加速度。 4.兵器上的应用 由于固有频率高,动态响应快,体积小等特点,压阻式压力传感器适合测量枪炮膛内的压力。测量时,传感器安装在枪炮的身管上或装在药筒底部。 另外,压阻式传感器也用来测试武器发射时产生的冲击波。 此外,在石油工业中,硅压阻式压力传感器用来测量油井压力,以便分析油层情况。 3.1.2 应变式传感器的典型元件 按照用途不同,应变式传感器可以分为应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式加速度传感器等。 1、应变式测力传感器 被测量为荷重或力的应变式传感器,统称为应变式(测)力传感器。 传感器结构:应变计、弹性元件和附件。视弹性元件结构型式(如柱形、筒形、环形等)和受载性质(如拉、压、弯曲等)不同,有多种型式。 主要用途:各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机推力测试、 水坝坝体承载状况监测等。 要求:有较高的灵敏度和稳定性,当传感器受到侧向作用力或力的作用点少量变化时,不应对输出有明显的影响。 : 3.1.2 应变式传感器的典型元件 1、应变式测力传感器 4.电阻应变片测量电路 (1)直流电桥电路 ③非线性误差及其补偿方法 假设 不成立时: 单臂电桥,即R1桥臂变化 ,理想的线性关系为: 实际输出电压 电桥的相对非线性误差为: 4.电阻应变片测量电路 (1)直流电桥电路 ③非线性误差及其补偿方法 采用等臂电桥,即R1=R2=R3=R4=R。 当 时,略去上式中的高阶微量,则 R4 R3 R4 R3 4.电阻应变片测量电路 (1)直流电桥电路 ③非线性误差及其补偿方法 减小和消除非线性误差的方法 差动电桥 4.电阻应变片测量电路 (1)直流电桥电路 ③非线性误差及其补偿方法 半桥差动:在试件上安装两个工作应变片,一个受拉应变,一个受压应变,接入电桥相邻桥臂。该电桥输出电压为: 若 ,则得: 可知: 与 成线性关系,无非线性误差,而且电桥电压灵敏度 , ,是单臂工作时的2倍。 4.电阻应变片测量电路 (1)直流电桥电路 ③非线性误差及其补偿方法 全桥差动:电桥四臂接入4片应变片,即2个受拉应变,2个受压应变,将2个应变符号相同的接入相对桥臂上。若 ,且 ,则: 可知:全桥差动电路不仅没有非线性误差,而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。 4.电阻应变片测量电路 (2)交流电桥电路 引入原因:由于应变电桥输出电压很小,一般都要加放大器,而直流放大器易产生零漂,因此应变电桥多采用交流电桥。 由于供桥电源为交流电源 ,引线分布电容使得二桥臂应变片呈现复阻抗特性,即相当于两只应变片各并联了一个电容。 R4 R3 ~ R4 R3 ~ 交 流 电 桥 4.电阻应变片测量电路 (2)交流电桥电路 每一桥臂上,复阻抗分别为: 式中, 表示应变片引线分布电容 4.电阻应变片测量电路 (2)交流电桥电路 交流电桥输出: 电桥平衡条件: ,即: 整理可得: 变形为: 交流电桥的平衡条件(实部、虚部分别相等): 4.电阻应变片测量电路 (2)交流电桥电路 交流电桥平衡调节 4.电阻应变片测量电路 (2)交流电桥电路 如果采用差动结构:当被测应力变化引起工作应变片阻值变化时,电桥输出为: 5.电阻应变式传感器的应用 应变片能将应变直接转换成电阻的变化 其他物理量(力、压力、加速度等),需先将这些量转换成应变
显示全部