压力传感器特性及其应用设计.ppt

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

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

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；表格二数据处理

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）122．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：传感器<变换>
说明：m为待测物体的质量，u为应变的电压，a,b为常数，a,b可以通过放入固定已知质量的物体，求出与应变电压的线性关系得出，然后输入程序中。其中a为不加物体时的初始电压，b为线性关系图的斜率。根据公式u=a+bF,F=9.8m.得出m=u/(9.8*b)-a/(9.8*b)。

放如一个待测物体在天平上，就会产生一个应变电压，电压通过放大器和数字信号转换器，转换成计算机可以识别的数字信号。相当于在程序中输入了电压u，根据程序，计算机就可以自动测量并显示出待测物体的质量。

思考：怎样控制天平的测量精度？
当天平测量范围增大时，必然导致钢尺横梁加宽，加粗。这样刚尺的灵敏度将降低，建议选取其他材料代替刚尺。尽量选用较为灵敏的电阻应变片。（2）全桥电桥的应用
（自行设计的电子秤）这是完全按照实验室所拥有的装置组装的一个简易的电子秤。而且尽量把各种部件暴露在外面，以便显示其原理。
板上的五个接线柱与上面实验室提供的装置相同。右侧为一个电子显示屏，显示其读数。与电子计算机连接后将直接显示所称物体的