第六讲应变计式传感器讲解.ppt

第六讲 应变计式传感器 一. 传感器的原理与特性 1. 传感器的基本原理 物理量 弹性元件 传感元件 测量电路 电量 辅助电源 传感器分类： 力、重量、压强、力矩、位移、加速度传感器等 2. 静态特性 a. 线性度 输入 - 输出静特性可表示为 Y = a0 + a1 X + a2 X 2 + ? + an X n 输出 零位输出 灵敏度 非线性项常数 输入 例如： a0 = 0，且为理想线性， 非线性误差用线性度 el 表示： el = ? ?max / YFS ? 100 ? ?max 为校准曲线与拟合直线间最大偏差 则 Y = a1 X YFS 为传感器满量程 (full scale) 输出均值 YFS=Ymax-Y0 ?max YFS X Y 0 校准曲线 拟合直线 b. 滞后 表示正反行程间输入 - 输出 曲线不重合程度。表示为： ez = ( ?max / YFS ) ? 100 ? ?max为输出值在正反行程间 的最大差值。 0 X Y ?max YFS c. 重复性 表示传感器在输入量按同方向作全量程多次 变动时，曲线的不一致程度。用下式计算： s 前系数取2时 ef 服从正态分布,置信概率为95% ef = ? [ ( 2~3 ) s / YFS ] ? 100 ? 取3时 ef 服从正态分布,置信概率为99.7% s 为标准偏差： s = [ ? ( Yi – Y * ) 2 / ( n - 1) ]1/2 式中：Y *为输出均值， n为测量次数。 d. 灵敏度 线性传感器校准线斜率就是静态灵敏度 K。 K = Y / X = ?Y / ?X (mV/V) 非线性传感器灵敏度用 dY / dX 表示。 零漂：无输入时，输出随时间 偏离零值的变化量。 二. 传感器的基本构造与设计 应变计式传感器的优点： a. 测量精度高：一般 0.5% , 最高 0.01% b. 测量范围广：力 0.01~107 N , 压力 0.1~108 Pa c. 输出特性好：线性好，性能稳定，工作可靠。 d. 测量环境宽：可在高低温；振动；核辐射等 恶劣环境下可靠地工作。 应变计式传感器由弹性元件和应变计桥路构成。 弹性元件：将被测物理量转换为表面线性应变。 a. 各部分应力不超过弹性极限，安全系数大； b. 便于贴应变计，且有足够大的应变量； c. 被测量部位工作状态不易改变； d. 有较高的自振频率。 电阻应变计：表面应变 电阻变化 电压信号 采用胶膜基应变计，贴后加热固化。 1. 力传感器 a. 杆（柱）式弹性元件 1 2 3 4 5 6 7 8 F F 应力：? ? F / A = E ? 技术指标： 非线性,重复性,滞后 0.1~0.5% FS 灵敏度 1 ~ 2 mV / V 温度零漂 0.02 ~ 0.04 % / ?C 欲提高精度,温度补偿,消除弯曲影响, 如何接线 ? 并求桥臂系数。 1 2 3 4 5 6 7 8 F F ?1 = ?F + ?M + ?T ?2 = ?4 = ?F + ?T ?3 = ?F - ?M + ?T ?5 = ?6 = -? (?F+?M 1) + ?T ?7 = ?8 = -? (?F -?M 1) + ?T A B C D 1,2 5,6 3,4 7,8 ?仪= (?F + ?M / 2 + ?T) - (-? ?F - ? ?M 1+ ?T) + (?F - ?M / 2 + ?T) - (-? ?F + ? ?M 1 + ?T) = 2 (1+? ) ?F 桥臂系数：B = 2 ( 1+? ) b. 悬臂梁式弹性元件 l R1 R2 F h b ? ? 6 F l / ( b h2 ) R1 R2 ?仪 = ( ?M + ?T ) - ( - ?M + ?T ) = 2 ?M = 2 ? / E = 12 Fl / ( bh2E ) 应力公式: F = ?仪 b h2 E / ( 12 l ) c. 环形弹性元件 R / h 5 为小曲率环即薄环 可测 0.5 ~ 5 kN 的力 F F ?0 R B A M?= FR(sin?0/?0- cos?) / 2 MA= FR(sin?0/?0- cos?0) / 2 MB= FR(sin?0/?0- 1) / 2 纯环: MA= 0.318FR, MB= - 0.182FR 1 3 2,4 6,8 5 7 如何接线? A B C D 1,3 2,4 5,7 6,8 ?仪=