電阻應(yīng)變片式壓力傳感器1 (1)課件

與現(xiàn)有液位傳感器的比較現(xiàn)在的液位傳感器主要分為兩種一類為接觸式，包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位變送器，浮球式液位變送器等。第二類為非接觸式，分為超聲波液位變送器，雷達(dá)液位變送器等。我們?cè)O(shè)計(jì)的傳感器屬于第一類，根據(jù)浮力原理，利用微小的金屬應(yīng)變傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量液體的液位。目前研發(fā)的液位傳感器如光電液位傳感器利用光在兩種不同介質(zhì)界面發(fā)生反射折射原理而開(kāi)發(fā)的新型接觸式點(diǎn)液位測(cè)控裝置。。光電傳感器超聲波液位傳感器設(shè)計(jì)初衷：隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制。

本設(shè)計(jì)的稱重傳感器就是利用應(yīng)變片阻值的變化量來(lái)確定彈性元件的微小應(yīng)變，從而利用力，受力面積及應(yīng)變之間的關(guān)系來(lái)確定力的大小，進(jìn)而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應(yīng)變片阻值的變化可以通過(guò)后續(xù)的處理電路求得。設(shè)計(jì)初衷：隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制。

本設(shè)計(jì)的稱重傳感器就是利用應(yīng)變片阻值的變化量來(lái)確定彈性元件的微小應(yīng)變，從而利用力，受力面積及應(yīng)變之間的關(guān)系來(lái)確定力的大小，進(jìn)而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應(yīng)變片阻值的變化可以通過(guò)后續(xù)的處理電路求得。應(yīng)變效應(yīng)：應(yīng)變片檢測(cè)原理電阻應(yīng)變片（金屬絲、箔式或半導(dǎo)體應(yīng)變片）粘貼在測(cè)量壓力的彈性元件表面上，當(dāng)被測(cè)壓力變化時(shí)，彈性元件內(nèi)部應(yīng)力變形，這個(gè)變形應(yīng)力使應(yīng)變片的電阻產(chǎn)生變形，根據(jù)所測(cè)電阻變化的大小來(lái)測(cè)量未知壓力，也實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)未知質(zhì)量的檢測(cè)。設(shè)一根電阻絲，電阻率為，長(zhǎng)度為,l,截面積為S，在未受力時(shí)的電阻值為通常把單位應(yīng)電所引起的電阻相對(duì)變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，其表達(dá)式為從④可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù)K由兩部分組成：受力后由材料的幾何尺寸受力引起由材料電阻率變化引起的對(duì)于金屬材料項(xiàng)的值比小很多，可以忽略，所以大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變對(duì)于金屬絲材料成正比，即為常數(shù)。通常金屬絲的=1.7-3,6?？蓪?xiě)成工作時(shí)

差動(dòng)電橋電壓靈敏度為

同理若采用四臂電橋，如圖所示并設(shè)初始時(shí)輸出為四臂電橋的電壓靈敏度為

通過(guò)比較其電壓靈敏度知四臂電橋（全橋）電路的靈敏度高，故選用四臂電橋電路傳感器簡(jiǎn)圖：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：應(yīng)變片，放大器，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，接口電路，該電路一下該電路由三部分組成：（1）電源電路部分；（2）電橋電路部分；（3）放大電路部分傳感器簡(jiǎn)圖：靈敏度與誤差分析：誤差來(lái)源

電阻應(yīng)變片引起的誤差用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，由于環(huán)境溫度所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，從而產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。造成應(yīng)變片溫度誤差的原因主要有兩個(gè)：（1）應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；（2）電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。

設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為Δt（℃）時(shí)，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為α，則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對(duì)變化為由于敏感柵材料和被測(cè)構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當(dāng)Δt存在時(shí)，引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，相應(yīng)的電阻相對(duì)變化為式中：K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；g為試件線膨脹系數(shù)；s為應(yīng)變片敏感柵材料線膨脹系數(shù)。因此由于溫度變化引起的總電阻相對(duì)變化為：通常，在常溫應(yīng)變測(cè)量中采用橋路補(bǔ)償法，如圖所示，這種方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，補(bǔ)償效果好。電路靈敏度電路靈敏度為應(yīng)變片靈敏度，橋路靈敏度，三運(yùn)放電路增益以及濾波電路增益之積，即取即得特點(diǎn)及缺點(diǎn)：應(yīng)變片式壓力傳感器的特點(diǎn)是靈敏度系數(shù)高，K=30~175（而電阻絲其數(shù)值約在1.6~3.6之間）橫向效應(yīng)?。☉?yīng)變片的核心部分是敏感柵。將電阻絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度不變，但其直線段和圓弧段的應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)K較整長(zhǎng)電阻絲的靈敏系數(shù)K0小，該現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。）缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，并且使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)非線性度誤差會(huì)增大，故還需要增加調(diào)零電路6、具有電氣測(cè)量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；7、能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓；從接近絕對(duì)零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)“g”；在振動(dòng)、磁場(chǎng)、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；8、價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。

液位傳感器有以下特點(diǎn)：

1、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用。

2、采用三級(jí)防雷設(shè)計(jì)，抗雷擊效果好。

3、滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá)0.１%FS/年。在補(bǔ)償溫度0～70℃范圍內(nèi)，溫度飄移低于0.１%FS，在整個(gè)允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.３%FS。

4、液位傳感器適合多點(diǎn)壓力參數(shù)組網(wǎng)采集，總線支持255臺(tái)設(shè)備?？赏瑫r(shí)具備：