電氣測試技術第3版課件4.9振弦式傳感器

電氣測試技術第3版

林德杰主編機械工業(yè)出版社同名教材 配套電子教案目錄第1章測量的基本概念第2章測量誤差及數(shù)據(jù)處理第3章信號的時域第4章非電量的電測技術第5章微型化和智能化傳感器第6章數(shù)字化測量技術第7章抗干擾技術4.9振弦式傳感器4.9.1工作原理及測量電路4.9.2振弦傳感器的特性4.9.3振弦式傳感器的應用4.9.1工作原理及測量電路工作原理振弦式傳感器的工作原理可用圖4-106說明。由圖可見，在支點與活動支點間拉緊一根長度為、質(zhì)量為的細弦，當細弦受張力作用時，其固有頻率為：圖4-106振弦式傳感器的工作原理傳感器的振蕩頻率與弦所受張力成單值函數(shù)關系。弦的激發(fā)方式及測量電路弦的激發(fā)方式有間歇激發(fā)和連續(xù)激發(fā)兩種。1.間歇激發(fā)及測量電路

間歇激發(fā)及測量電路見圖4-107。圖4-107間歇激發(fā)及測量電路a）間歇激發(fā)及測量電路 b）振蕩信號的波形

2.連續(xù)激發(fā)及測量電路

為了克服間歇激發(fā)振蕩幅值逐漸減小的缺點，可采用連續(xù)激發(fā)方式，其原理見圖4-108。圖4-108連續(xù)激發(fā)及測量電路a）連續(xù)激發(fā)結(jié)構(gòu)示意圖b）測量電路

4.9.2振弦傳感器的特性靈敏度由上式可見，靈敏度與材料系數(shù)成正比，而與弦的振動頻率成反比。材料系數(shù)與材料的材質(zhì)和幾何尺寸有關，減小弦絲的長度和增加弦絲的橫截面積是提高靈敏度行之有效的方法。但是弦絲長度不能太短，一般為宜，或，其中為弦絲的直徑。式（4-126）兩邊平方材料系數(shù)K微分非線性誤差設被測張力為時初始頻率為，被測張力為時振動頻率為，則：其二次方非線性誤差為：圖4-109輸入輸出特性由上式可見，愈大，愈大。為改善非線性，常采用差動振弦傳感器，見圖4-110。圖4-110差動振弦傳感器于是可得其三次方非線性誤差為：由上式可見，差動傳感器的線性度得到極大的改善。頻率穩(wěn)定性環(huán)境溫度的變化是頻率穩(wěn)定性的主要影響因素。由式（4-127）可知，體積密度以及由

引起的不隨環(huán)境溫度變化。對式（4-127）兩邊取對數(shù)再微分得：

由上式可見，振弦的長度

和材料彈性模量

受溫度的影響直接影響傳感器的穩(wěn)定性，而兩者的影響是相反的。4.9.3振弦式傳感器的應用除了振弦式傳感器外，還有振筒式、振梁式和振膜式等傳感器，它們統(tǒng)稱為諧振式傳感器。它們的工作原理與特性相似或相同，是20世紀70年代發(fā)展起來的。由于是頻率式傳感器，頻率測量的精度最高（可達10－13數(shù)量級），由此成為最有發(fā)展前途的傳感技術之一。它們被廣泛應用于測量機械扭矩、振動、位移、速度、加速度、力、應力、壓力、流體流量以及成分分析等。由于篇幅所限，僅介紹振弦式壓力傳感器。由于簡單振弦式傳感器非線性嚴重，常用差動振弦式