3.1检测仪表的构成和设计方法研究报告.ppt

一般消除非线性误差的方法是：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。 —半桥差动 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。 —全桥差动 采用差动电桥是消除非线性误差的有效措施。 * ③等臂电桥、双臂工作—半桥差动 相邻桥臂，电阻一个增加、一个减少 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，称为半桥差动电路. R1+△R1 R2 - △R2 R3 R4 UL UE * 电桥输出电压为 设平衡时R1=R2=R3=R4=R，ΔR1=ΔR2 =ΔR,带入上式化简则 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。 线性关系 电压灵敏度 * ④等臂电桥、四臂工作—全桥差动 四臂都是应变片，且相邻电阻变化相反 R1+ △R1 R2 - △R2 UL UE R3- △R3 R4+ △R4 * 设电桥各臂均有相应的电阻变化量大小为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4时 ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4 =ΔR,此时电桥输出可写为 线性关系 结论：全桥电路电压灵敏度可提高为单臂桥的4倍，并且消除了非线性误差。 电压灵敏度 * * 举例1： 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上下两面各贴两片相同的电阻应变片（K=2），如图所示。已知L=100mm、b=11mm、t=3mm，E=2*104N/mm2。现将四个应变片接入直流电桥中，电桥电源电压U=6V。已知应变计算公式为 ，当力F=0.5Kg时，求： （1）根据应变片的位置，画出相应的测量桥路原理图（要求输出电压灵敏度最高）； （2）求各个应变片的应变ε （3）求电阻的相对变化量 （4）若电桥供电电压U=6V， 求桥路的输出电压。 R1\R3 R2\R4 * （1）测量桥路原理图 R1+ △R1 R2 - △R2 UL UE R4- △R4 R3+ △R3 * 解： （2）应变绝对值相等： （3）电阻相对变化量： （4）等臂全桥电路的输出电压： * 采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图所示，力F=1000Kg，圆柱断面半径r=1cm，弹性模量E=2×107 N/cm2 ，泊松比μ=0.3。 （1）根据应变片在圆柱上的粘贴位置，画出相应的测量桥路原理图（要求输出电压灵敏度最高）； （2）求各个应变片的应变及电阻相对变化量。 （3）若电桥供电电压U=6V，求桥路输出电压。 提示：应力与应变的关系为： 电阻R1、R2的应变关系为ε2=-με1 举例2： ， * (1) R1、R3沿轴向在力F作用下产生正应变，R2、R4沿圆周方向帖则产生负应变。从而组成全桥测量电路可以提高输出电压灵敏度。 * 典型的位移→电信号转换元件 （1）霍尔元件 （2）电容器 （3）差动变压器 * （2）电容器：电容式压力（差压）传感器 实质：位移传感器，它利用弹性膜片在压力下变形所产生的位移来改变传感器的电容（此时膜片作为电容器的一个电极）。 * * 电容等效电路 * 极板间的电容关系 电容等效电路 * 低压侧电容的纵断面分析 电容与压力pH、pL的关系 * 挠度 初始张力 低压侧电容的纵断面分析 电容与压力pH、pL的关系 * 电容与压力的关系 低压侧电容的纵断面分析 电容与压力pH、pL的关系 —正比关系 * 此电容量的变化经过适当的变换器电路，可以转换成反映被测差压的标准电信号输出。—变送器 这种传感器的结构坚实，灵敏度高，过载能力大；精度高，其精确度可达±0.25％～±0.05％；可以测量压力和差压。 * 该系列产品采用世界上最成熟的电容传感器制造技术，通过专用的微处理器数字电路及通讯模块，将被测介质的压力信号转换成4-20mADC模拟信号。 过程压力通过两侧或一侧隔离膜片，灌充液作用在敏感元件张紧的测量膜片上,测量膜片与两侧绝缘体上的电容极板各组成一个电容器,在无压力通入或两侧压力均等时测量膜片处于中间位置,两个电容器的电容量相等.当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,这种位移转变为电容极板上形成的差动电容.由电子线路把差动电容转换成4-20mADC的电流信号. * (3)差动变压器-互感式传感器 差动变压器是利用互感原理把位移转换成电信号的一种常用的转换元件。 差动变压器本身是一个变压器，初级线圈输入交流电压，次级线圈感应出电信号，当互感受外界影响变化时，其感应电压也随之起相应的变化，由于它的次级线圈接成差动的形式，故称为差动变