传感器原理b.ppt

棒表面上任一点在沿与轴线成45O角的方向上出现最大正应力，其数值与该点沿圆周方向的剪切应力 相等。此方向的应变为： 轴向单位长度上的扭转角 单位长度上的扭转角 fi与扭矩M t成正比，与乘积 GJ 成反比，GJ称为抗扭刚度。 扭转棒长度为l时的扭转角为 3.3.5 波纹管 波纹管的轴向位移与轴向作用力之间的关系为： 波纹管自由端位移y与轴向力或者压力p在变形量允许范围内成正比，既弹性特性是线性的。 膜片式压力传感器 如上的四个应变片组成全桥测量电路，应变片灵敏度K=2.0，膜片的半径R=20mm，厚度h=0.3mm，材料的泊松比μ=0.285，弹性模量E=2.0×1011N/m2。供桥电压Ui=6V。求 (1)画出相应的全桥测量电路图； (2)当被测压力为0.1MPa时，求各应变片的应变值及测量桥路输出电压U0； (3)该压力传感器是否具有温度补偿作用?为什么? (4)桥路输出电压与被测压力之间是否存在线性关系? 提高灵敏度的措施： 1.电桥电源电压越高，输出电压的灵敏度越高。但提高电源电压使应变片和桥臂电阻功耗增加，温度误差增大。一般电源电压取3～6V为宜。 2.桥臂比n取何值使KV最大？KV是n的函数，取dKV/dn = 0时有KV最大值。 R1 =R2 = R3 = R4 = R 3.输出电压非线性误差 上面在讨论电桥的输出特性时，应用了近似条件，才得出线性关系。 全等臂四分之一电桥输出电压的精确值为 按幂级数展开 利用非线性误差的表达式，可以按照测量要求所允许的最大非线性误差来选择应变片或确定应变片的最大测量范围。 对于一般应变片来说, 所受应变ε通常在5×10-3以下, 若取K=2, 则ΔR/R=Kε=0.01, 代入式计算得非线性误差为0.5%; 若K=130, ε=1×１0-3时, ΔR1/R1=0.13, 则得到非线性误差为6.5%, 故当非线性误差不能满足测量要求时, 必须予以消除。 一般消除非线性误差的方法有以下几种： 1.采用差动电桥 如果两个应变片同时参与测量，则称为半桥测量。自然，让四个桥臂都由应变片组成，且都产生适当的电阻变化，即为全桥测量。利用桥路中电阻变化的特点，可使桥路形成差动电桥（半桥或全桥）。 采用差动电桥是消除非线性误差影响的有效措施。利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，半桥差动电桥电路的输出电压为 设平衡时R1=R2=R3=R4=R，又ΔR1=ΔR2 =ΔR则 结论：差动电桥消除了非线性误差，灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 同理，一个等臂全桥的输出电压很容易导出。设R1R4受拉应变, R2R3两个受压应变,将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。 若ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4, 且R1=R2=R3=R4, 则 结论：全桥电路电压灵敏度为单臂桥的4倍， 消除了非线性误差。 2.采用高内阻的恒流源电桥 产生非线性的原因之一是在工作过程中通过桥臂的电流不恒定，因此，有时用恒流源给桥路供电。采用恒流源比采用恒压源的非线性误差减小一倍。一般半导体应变片的桥路都采用恒流源供电。 4.4.2 交流电桥 电桥平衡时的条件为 Z1 Z4= Z2 Z3 交流电桥平衡条件为：相对桥臂阻抗模之积相等，相对桥臂阻抗幅角之和相等。 4.5电阻应变式传感器的温度误差及其补偿 4.5.1温度误差及其产生原因 温度误差：由于测量现场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； 由于温度变化所引起的应变片电阻变化与试件（弹性敏感元件）应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级 。 一、温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变 Rt、R0分别是温度t和t0时的应变片敏感栅电阻值，α为敏感栅材料的电阻温度系数 折合成应变为 二、试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数β不同，使应变片产生附加应变 若b丝b