传感器与检测技术课件解读.ppt

传感器与检测技术 5.3.2脉冲型电路 基本原理是利用电容的充放电特性。 一、双T型充放电网络 电桥的非线性误差 实际情况 非线性误差 若四等臂电桥，n=1 3.３温度特性 由于测量环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。产生原因一个是应变片电阻丝的电阻温度系数的影响，一个是试件（受力）材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 温度改变而引起的总电阻相对变化 应变片温度自补偿法和电路补偿法 一、自补偿法 1、单丝自补偿法 利用自身具有温度补偿作用的应变片来补偿。工作原理是，为了实现温度自补偿。 这种自补偿应变片必须在特定的受力元件材料上才能使用，不同材料必须用不同的应变片。 2、组合式自补偿法 又称为双金属丝栅法，它的应变片敏感栅丝是由两种不同温度系数的金属丝串接组成的。 一种类型是选用两者具有不同符号的电阻温度系数（即一个是正温度系数一个是负温度系数）。 R1/R2=-(ΔR2/R2)t/(ΔR1/R1)t 通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿。可达±0.45με/℃的高精度。 一种形式是两种串接的电阻丝具有相同符号的温度系数，两者都为正或都为 负。 满足条件 (ΔR1/R1)t=(ΔR2)t/( R2+RB) 由此可得 RB= R1(ΔR2)t/(ΔR1)t-R2 二、线路补偿法 电桥输出电压U0与桥臂参数的关系为 R1为工作应变片，R2为补偿应变片。R1粘贴在试件上，R2粘贴在材料、温度与试件相同的补偿块上。 假设温度变化后，应变片所受应变不变，桥路输出电压 在双臂半桥电路中，设温度变化前，电桥输出 由于两应变片的规格完全相同，又处于同一个温度场，故 故 若要达到完全的补偿，需满足以下三个条件： 1、R1和R2是属于同一批号制造的，即它们的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度都相同，两片的初始电阻值也要求一样。 2、粘贴补偿片的构件材料和粘贴工作片的材料必须一样，即要求两者的线膨胀系数一样。 3、两应变片处于同一温度场。 实际中，以上三点难以同时温度，尤其第三点。在应变测试的某些条件下，可较巧妙地安装应变片面不需补偿并兼得灵敏度的提高。 第四章 电感式传感器及应用 概述：电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测的物理量如位移、压力、应变、振动、流量、重量、力矩、（相对）密度等参数转换成线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量转换的装置。简言之，它是利用线圈自感系数或互感系数的变化来实现测量的一种装置。其核心部分是可变电感或可变互感。在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。它属于结构型传感器。 ４.1变磁阻式传感器 ４.1.1工作原理 线圈电感 磁通 单位长度上磁路总磁阻，它包括铁心磁阻和空气隙的磁阻 因为 所以 所以 ４.1.２输出特性 初始电感量 当衔铁下移 电感量却减少 电感相对变化 当 有 当衔铁上移 电感变化量 高次项是造成非线性的主要原因 传感器灵敏度为 若为差动式 忽略高次项，其电感的变化量 差动式的灵敏度比单边式的增加了近一倍，其非线性误差比单边的要小得多。 等效电路 从电路角度看，电感式传感器的线圈并不是纯电感，此电感由有功分量和无功分量部分组成。有功分量含：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，它们均可折合成为有功电阻，总电阻可用Rq表示；无功分量含：线圈的自感Lq，绕线间分布电容，集中这些参数用C表示。 等效线圈阻抗 并联电容的存在，使有效串联损耗电阻及有效电感增加，而有效Q值减小，在有效阻抗不大的情况下，它会使灵敏度有所提高，从而引起传感器性能的变化，故在测量中若更换连接电缆线的长度，在激励频率较高时则应对传感器的灵敏度重新进行校准。 4.1. 3 测量电路 一、调幅电路 主要形式是交流电桥 桥路输出电压 电桥臂阻抗的相对变化分别为ΔZ1/ Z1,ΔZ2/ Z2,ΔZ3/ Z3,ΔZ4/ Z4， 电桥输出电压 实际应用中，交流电桥常和差动式电感传感器配用，传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可以是电阻或变压器的两个二次侧线圈。 两个臂为平衡电阻，两个臂为工作臂即传感器的阻抗。一般取R1=R2=R。当电桥处于初始平衡状态时，Z1=Z2=Z。工作时传感器的衔铁由初始平衡零点产生位移，则Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ， 所以 变压器电桥Z1Z2为传感器两个线圈的阻抗,另两个臂为电源变压器次级线圈的两半,每半的电压为U/2。输出空载电压 在初始平衡状态Z1=Z2=Z，U0=0。 当衔铁偏离中心零点时，Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ， 所