第二章应变式传感器分解.ppt

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1 2 3 KP100A的封装图(俯视图) 6 5 4 图2-10 恒电流电源驱动的KP100的实验电路 下图是KP100A本身的输出特性。 在1个大气压时,包含不平衡电压在内的输出电压为79mV。在完全真空时输出电压应当为0V。 图2-11 KP100的输出特性 高度显示气压计实际电路如下图所示。 传感器所使用的电源采用开关电源TL499A提供7.5V和-1.26V的电压。本例中使用的是干电池,经常使用时,从经济角度考虑,最好使用3~9V交流整流电源。 运算放大器U2A和U2B将传感器输出的电压转换成电流 。 该电流经过电阻 后,再次转换成电压 输出, 的大小为 。所以该电路的增益为: 图2-18 高度显示气压计的电路 2.4.2 起重机吊钩电子秤 传感器选用BLR-1型电阻应变式拉压力传感器。测量电桥因受重力作用引起的输出电压变化很小,必须对这个电压进行放大。电压放大器由第四代斩波稳零运算放大器ICL7650组成。这是一个差动放大器,其电压放大倍数为100倍。如果称重量程2000kg,差动变压器的反馈电阻和分压电阻取值100kΩ是合适的;若量程较小或较大,应适当减小或增大这两个电阻。输出经简单RC滤波后输出到A/D转换器。 图2-12 吊钩电子秤电路图 习题与思考题 习题 1.什么是应变效应?什么是压阻效应?什么是横向效应? 3. 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么? 4.钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%,钢材的应力为10kg/mm2 。试求: ①求钢材的应变。 ②钢材的应变为300×10-6 时,粘贴的应变片的电阻变化率为多少? 解:由题意得应变片电阻相对变化量根据材料力学理论可知:应变 (σ为试件所受应力),钢材的弹性模量一般为 2.05×1011 (1) (2) 5.如图所示为等强度梁测力系统, 为电阻应变片,应变片灵敏度系数 ,未受应变时 ,当试件受力F时,应变片承受平均应变 ,求 (1)应变片电阻变化量 和电阻相对变化量 。 (2)将电阻应变片置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3 V,求电桥输出电压是多少。 * * * * * * * * * * * * * * 2.2 电阻应变片特性 图2-9 应变计对阶跃应变波的响应 ② 对阶跃应变波的响应 ●下图为应变计对阶跃应变波的响应。 2.2 电阻应变片特性 ● a为试件产生的阶跃机械应变波; ● b为传播速度为 的应变波,通过栅长 而迟后一段时间 的理论响应特性; ● c为应变计对应变波的实际响应特性,它的上升工作时间 ,工作频限 。 第三节 测量电路 (Measurement Circuits) 电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后,由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小,既难以直接精确测量,又不便直接处理。因此,必须采用转换电路或仪器,把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化。通常采用电桥电路实现这种转换。根据电源的不同,电桥分直流电桥和交流电桥。 一、直流测量电桥分析 电桥如图2.4所示 ,有四个电阻组成桥臂,一个对角接电源,另一个作为输出。 图2.4 直流电桥 1.桥路形式 如图所示,电桥各臂的电阻分别为R1、R2、R3、R4,U为电桥的直流电源电压。 等臂电桥: 四臂电阻R1=R2=R3=R4=R ; 输出对称电桥:R1=R2=R,R3=R4=R’(R≠R’) ; 电源对称电桥: R1=R4=R,R2=R3=R’(R≠R’) 。 2 工作方式 单臂工作:电桥中只有一个臂接入被测量,其它三个臂采用固定电阻; 双臂工作:如果电桥两个臂接入被测量,另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥,又称为半桥形式; 全桥方式:四个桥臂都接入被测量。 3 输出方式 电桥的输出方式有电流型和电压型两种,主要根据负载情况而定。 1)电流输出型 当电桥的输出信号较大,输出端又接入电阻值较小的负载如检流计或光线示波器进行测量时,电桥将以电流形式输出,如图2.3所示,负载电阻为Rg由图中可以得 ; 所以电桥输出端的开路电压UBD为 (2-10) 应用有源二端网络定理,电流输出电桥可以简化成图2.4所示的电路。图中E:相当于电桥输出端

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