電阻應變片式壓力傳感器1 (1)

1、與現(xiàn)有液位傳感器的比較與現(xiàn)有液位傳感器的比較m現(xiàn)在的液位傳感器主要分為兩種m一類為接觸式接觸式，包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位變送器，浮球式液位變送器等。m第二類為非接觸式非接觸式，分為超聲波液位變送器，雷達液位變送器等。m我們設(shè)計的傳感器屬于第一類第一類，根據(jù)浮力原理，利用微小的金屬應變傳感技術(shù)來測量液體的液位。m目前研發(fā)的液位傳感器如光電液位傳感器光電液位傳感器利用光在兩種不同介質(zhì)界面發(fā)生反射折射原理而開發(fā)的新型接觸式點液位測控裝置。光電傳感器光電傳感器超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器m與此相比我們的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，定位精度較高，不需調(diào)試，靈敏度較高，耗電少，體積小等諸多優(yōu)點。m較之不

2、足的就是定位精度穩(wěn)定性與市場成熟的傳感器還有差距設(shè)計初衷：m 隨著技術(shù)的進步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業(yè),實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制。m m 本設(shè)計的稱重傳感器就是利用應變片阻值的變化量來確定彈性元件的微小應變，從而利用力，受力面積及應變之間的關(guān)系來確定力的大小，進而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應變片阻值的變化可以通過后續(xù)的處理電路求得。設(shè)計初衷：m 隨著技術(shù)的進步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣

3、泛地應用到各行各業(yè),實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制。m m 本設(shè)計的稱重傳感器就是利用應變片阻值的變化量來確定彈性元件的微小應變，從而利用力，受力面積及應變之間的關(guān)系來確定力的大小，進而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應變片阻值的變化可以通過后續(xù)的處理電路求得。工作原理：m 電阻應變式傳感器為本設(shè)計的主要部件，傳感器中的彈性元件感受物體的重力并將其轉(zhuǎn)化為應變片的電阻變化，再利用交流全橋測量原理得到一定大小的輸出電壓，通過電路輸

4、出電壓和標準重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學模型，在顯示表頭中將電壓（V）改為質(zhì)量（kg）即可實現(xiàn)對物品質(zhì)量的稱重。m流程圖：應變效應：m應變片檢測原理 電阻應變片（金屬絲、箔式或半導體應變片）粘貼在測量壓力的彈性元件表面上，當被測壓力變化時，彈性元件內(nèi)部應力變形，這個變形應力使應變片的電阻產(chǎn)生變形，根據(jù)所測電阻變化的大小來測量未知壓力，也實現(xiàn)本次設(shè)計未知質(zhì)量的檢測。設(shè)一根電阻絲，電阻率為，長度為, l,截面積為S，在未受力時的電阻值為lRSm如上圖所示，電阻絲在拉力F作用下，長度l增加，截面S減少，電阻率也相應變化，將引起電阻變化 其值 對于半徑為r的電阻絲，截面積S=r2，則有令電阻絲的軸向

5、應變?yōu)閺较驊冇刹牧狭W可知，為電阻絲材料的泊松系數(shù)，經(jīng)整理可得RRlSRlS2SrSrlllrrl 12RR m通常把單位應電所引起的電阻相對變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，其表達式為m從可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù)K由兩部分組成：受力后由材料的幾何尺寸受力引起m由材料電阻率變化引起的m對于金屬材料 項的值比 小很多，可以忽略，所以 大量實驗證明， 在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應變對于金屬絲材料成正比，即為常數(shù)。通常金屬絲的=1.7-3,6。可寫成12RRK(12 )()1()1(12 )12K RKR橋式電路的選擇：m常見橋式電路：一般電橋的輸出電壓為如圖兩臂差動電橋電路的電壓輸出為

6、設(shè)初始時 則式可以簡化為工作時一片受拉一片受壓，即 142301234iR RR RUURRRR1142230112234.iRRRRRRUURRRRRR1234RRRRR12RRR 工作時 差動電橋電壓靈敏度為 同理若采用四臂電橋，如圖所示并設(shè)初始時輸出為 四臂電橋的電壓靈敏度為 通過比較其電壓靈敏度知四臂電橋（全橋）電路的靈敏度高，故選用四臂電橋電路 022iiUURUKR2iUUK1234RRRRR0iiRUUU KRUiKU傳感器簡圖：m總體結(jié)構(gòu)設(shè)計：應變片，放大器，轉(zhuǎn)換開關(guān)，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機，接口電路，該電路一下該電路由三部分組成：（1）電源電路部分；（2）電橋電路部分；（3）放

7、大電路部分傳感器簡圖：靈敏度與誤差分析：m誤差來源 電阻應變片引起的誤差 用應變片測量時，由于環(huán)境溫度所引起的電阻變化與試件應變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差。 造成應變片溫度誤差的原因主要有兩個：（1）應變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；（2）電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。 設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為t（）時，粘貼在 試件表面的應變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為 ，則應變片產(chǎn)生的電阻相對變化為由于敏感柵材料和被測構(gòu)件材料兩者線膨脹系數(shù)不同，當t 存在時，引起應變片的附加應變，相應的電阻相對變化為式中：K為應變片靈敏系數(shù)；g為試件線膨脹系數(shù)；s為應變片敏

8、感柵材料線膨脹系數(shù)。 因此由于溫度變化引起的總電阻相對變化為：通常，在常溫應變測量中采用橋路補償法，如圖所示，這種方法簡單，經(jīng)濟， 補償效果好。1tRtR 2gstRKtR12gstttRRRtKtRRR 電橋非線性誤差：m 實際電橋電壓與應變片的電阻相對變化為非線性關(guān)系，如式所示，當電阻變化量很小至可以忽略不計，或則遠小于1時，電橋電壓與電阻相對變化可以認為是線性的.231222LRRRRRRRRRRRRRR 電路靈敏度m電路靈敏度為應變片靈敏度，橋路靈敏度，三運放電路增益以及濾波電路增益之積，即取即得2.0SK 1SUPKKKAK78131809172.0 111RRRRKURRR特點及缺

9、點：m應變片式壓力傳感器的特點是 靈敏度系數(shù)高，K=30175（而電阻絲其數(shù)值約在1.63.6之間）橫向效應?。☉兤暮诵牟糠质敲舾袞?。將電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，但其直線段和圓弧段的應變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)K較整長電阻絲的靈敏系數(shù)K0小，該現(xiàn)象稱為橫向效應。）m缺點是 對于大應變有較大的非線性、輸出信號較弱，并且使用時間長了會非線性度誤差會增大，故還需要增加調(diào)零電路m應變片式的特點m應變式傳感器具有很多特點：m1、分辨力高，能測出極微小的應變，如1-2微應變；m2、誤差較小，一般小于1%；m3、尺寸小、重量輕。m4、測量范圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達20%；m5、既可測靜態(tài)，也可測快速交變應力；m6、具有電氣測量的一切優(yōu)點，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；m7、能在各種嚴酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個大氣壓；從接近絕對零度低溫至近1000高溫；離心加速度可達數(shù)十萬個“g”；在振動、磁場、放射性、化學腐蝕等條件下，只要采取適當措施，亦能可靠地工作；m8、價格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。m 液位傳感器有以下特點： m 1、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用。 2、采用三級防雷設(shè)計，抗雷擊效果好。 m 3、滿度、零位長期穩(wěn)定性可達0.%FS/年。在補償溫度070范圍內(nèi)，溫度飄移低于0.%FS，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.%FS。 m