第3章.9振弦式传感器(405KB).pptVIP

电气测试技术 机械工业出版社 电气测试技术 机械工业出版社 3.9 振弦式传感器 3.9.1 工作原理及测量电路 3.9.2 振弦传感器的特性 3.9.3 振弦式传感器的应用 3.9.1 工作原理及测量电路 工作原理 振弦式传感器的工作原理可用图3-106说明。由图可见，在支点与活动支点间拉紧一根长度为 、质量为 的细弦，当细弦受张力 作用时，其固有频率 为： 图3-106 振弦式传感器的工作原理 传感器的振荡频率 与弦所受张力 成单值函数关系。 弦的激发方式及测量电路 弦的激发方式有间歇激发和连续激发两种。 1.间歇激发及测量电路 间歇激发及测量电路见图3-107。 图3-107 间歇激发及测量电路 a）间歇激发及测量电路 b）振荡信号的波形 2.连续激发及测量电路 为了克服间歇激发振荡幅值逐渐减小的缺点，可采用连续激发方式，其原理见图3-108。 图3-108 连续激发及测量电路 a）连续激发结构示意图 b）测量电路 3.9.2 振弦传感器的特性 灵敏度 由上式可见，灵敏度 与材料系数 成正比，而与弦的振动频率成反比。材料系数 与材料的材质和几何尺寸有关，减小弦丝的长度和增加弦丝的横截面积是提高灵敏度行之有效的方法。但是弦丝长度 不能太短，一般 为宜，或 ，其中 为弦丝的直径。 式（3-126）两边平方 材料系数K 微分 非线性误差 设被测张力为 时初始频率为 ，被测张力为 时振动频率为 ，则： 其二次方非线性误差为： 图3-109 输入输出特性 由上式可见， 愈大， 愈大。 为改善非线性，常采用差动振弦传感器，见图3-110。 图3-110 差动振弦传感器 于是可得其三次方非线性误差为： 由上式可见，差动传感器的线性度得到极大的改善。 频率稳定性 环境温度的变化是频率稳定性的主要影响因素。由式（3-127）可知，体积密度 以及由 引起的 不随环境温度变化。对式（3-127）两边取对数再微分得： 由上式可见，振弦的长度 和材料弹性模量 受温度的影响直接影响传感器的稳定性，而两者的影响是相反的。 3.9.3 振弦式传感器的应用 除了振弦式传感器外，还有振筒式、振梁式和振膜式等传感器，它们统称为谐振式传感器。它们的工作原理与特性相似或相同，是20世纪70年代发展起来的。由于是频率式传感器，频率测量的精度最高（可达10－13数量级），由此成为最有发展前途的传感技术之一。它们被广泛应用于测量机械扭矩、振动、位移、速度、加速度、力、应力、压力、流体流量以及成分分析等。由于篇幅所限，仅介绍振弦式压力传感器。 由于简单振弦式传感器非线性严重，常用差动振弦式压力传感器，其原理示意图见图3-110。 图3-110 差动振弦传感器 Thank you ! * * 电气测试技术 机械工业出版社 电气测试技术 机械工业出版社 * *