電阻應(yīng)變片式壓力傳感器1 (1)課件

與現(xiàn)有液位傳感器的比較現(xiàn)在的液位傳感器主要分為兩種一類為接觸式，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。第二類為非接觸式，分為超聲波液位變送器，雷達(dá)液位變送器等。我們設(shè)計的傳感器屬于第一類，根據(jù)浮力原理，利用微小的金屬應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位。目前研發(fā)的液位傳感器如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(diǎn)液位測控裝置。。光電傳感器超聲波液位傳感器設(shè)計初衷：隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實(shí)現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)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。

本設(shè)計的稱重傳感器就是利用應(yīng)變片阻值的變化量來確定彈性元件的微小應(yīng)變，從而利用力，受力面積及應(yīng)變之間的關(guān)系來確定力的大小，進(jìn)而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應(yīng)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：隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實(shí)現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)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。

本設(shè)計的稱重傳感器就是利用應(yīng)變片阻值的變化量來確定彈性元件的微小應(yīng)變，從而利用力，受力面積及應(yīng)變之間的關(guān)系來確定力的大小，進(jìn)而求得產(chǎn)生作用力的物體的質(zhì)量。應(yīng)變片阻值的變化可以通過后續(xù)的處理電路求得。應(yīng)變效應(yīng)：應(yīng)變片檢測原理電阻應(yīng)變片（金屬絲、箔式或半導(dǎo)體應(yīng)變片）粘貼在測量壓力的彈性元件表面上，當(dāng)被測壓力變化時，彈性元件內(nèi)部應(yīng)力變形，這個變形應(yīng)力使應(yīng)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(shí)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通常把單位應(yīng)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(dá)式為從④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由材料電阻率變化引起的對于金屬材料項(xiàng)的值比小很多，可以忽略，所以大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)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?？蓪懗晒ぷ鲿r

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傳感器簡圖：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計：應(yīng)變片，放大器，轉(zhuǎn)換開關(guān)，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，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）放大電路部分傳感器簡圖：靈敏度與誤差分析：誤差來源

電阻應(yīng)變片引起的誤差用應(yīng)變片測量時，由于環(huán)境溫度所引起的電阻變化與試件應(yīng)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(yīng)變片溫度誤差的原因主要有兩個：（1）應(yīng)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Δt（℃）時，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為α，則應(yīng)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(dāng)Δt存在時，引起應(yīng)變片的附加應(yīng)變，相應(yīng)的電阻相對變化為式中：K為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；g為試件線膨脹系數(shù)；s為應(yīng)變片敏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(yīng)變測量中采用橋路補(bǔ)償法，如圖所示，這種方法簡單，經(jīng)濟(jì)，補(bǔ)償效果好。電路靈敏度電路靈敏度為應(yīng)變片靈敏度，橋路靈敏度，三運(yùn)放電路增益以及濾波電路增益之積，即取即得特點(diǎn)及缺點(diǎn)：應(yīng)變片式壓力傳感器的特點(diǎn)是靈敏度系數(shù)高，K=30~175（而電阻絲其數(shù)值約在1.6~3.6之間）橫向效應(yīng)?。☉?yīng)變片的核心部分是敏感柵。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(yīng)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(yīng)。）缺點(diǎn)是對于大應(yīng)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6、具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；7、能在各種嚴(yán)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(dá)數(shù)十萬個“g”；在振動、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；8、價格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。

液位傳感器有以下特點(diǎn)：

1、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)耐用。

2、采用三級防雷設(shè)計，抗雷擊效果好。

3、滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá)0.１%FS/年。在補(bǔ)償溫度0～70℃范圍內(nèi)，溫度飄移低于0.１%FS，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.３%FS。

4、液位傳感器適合多點(diǎn)壓力參數(shù)組網(wǎng)采集，總線支持255臺設(shè)備?？赏瑫r具備：