基于應變電阻的筒式壓力傳感器(編輯修改稿)
2025-07-21 03:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 箔式應變片：表面積大、散熱性能好，靜態(tài)、動態(tài)特性好，可通過較大工作電流，橫向效應小，蠕變、機械滯后小，疲勞壽命高，但工藝復雜。半導體應變片：靈敏系數(shù)大，動態(tài)特性好，但重復性及溫度、時間穩(wěn)定性較差，應變時非線性嚴重，互換性差。根據(jù)測量條件，選用絲式應變片作為敏感元件。 第二章 彈性元件設計彈性敏感元件在傳感器中因為直接參與變換和測量，所以對它有一定要求。在任何情況下，它應該保證有良好的彈性特性，足夠的精度和穩(wěn)定性，在長時間中使用和溫度變化時都應該保持穩(wěn)定的性能。因此對材料的基本要求是：（1）彈性滯后和彈性后效?。唬?）彈性模數(shù)和溫度系數(shù)要?。唬?）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；（4）彈性極限和強度極限要高；（5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性；（6）具有良好的機械加工性能和熱處理性能。表2—1 常用彈性材料的溫度性能在本傳感器中的彈性元件材料選擇為低碳鋼。 彈性元件尺寸的計算 如圖21所示為筒式壓力傳感器的敏感元件 圖21 筒式壓力傳感器彈性元件由理論力學知道筒形薄壁壓力容器 （） 其中圓周方向的拉伸應力；筒內(nèi)部工作壓力； 筒內(nèi)徑；筒壁厚。由所選用的彈性材料，查表其=345MPa,.根據(jù)設定傳感器的最大測量范圍為=10MPa，選定內(nèi)徑為=50。于是 （）即 實際取。在筒臂較薄的強況下計算筒的環(huán)向應變： () 其中，取泊松比為，計算得出 我們知道薄壁圓筒振動的固有頻率為 ()其中 圓筒部分長度； 圓筒內(nèi)半徑； 圓筒材料的彈性模量，對于低碳鋼為208GPa。 圓筒材料的密度,對于低碳鋼為。根據(jù)傳感器設定的最大工作頻率，并且為避免共振現(xiàn)象發(fā)生應使傳感器工作頻率遠離固有頻率一般應使。于是將數(shù)據(jù)帶入式（）算得。第三章 電橋及測量電路的設計 電橋的設計根據(jù)選擇的傳感器彈性元件的形狀選擇的電橋為單臂電橋（直流電橋），如圖3—1所示。 圖3—1 單臂電橋圖3—1的電橋是由直流電壓供電的直流電橋，其中第一臂是應變片。應變片未承受應變此時的阻值是, 電橋處于平衡狀態(tài)，電橋輸出電壓為。當承受應變時，產(chǎn)生的變化，電橋變化不平衡電壓輸出： 即 ()由平衡初始條件并設，略去微小量，有輸出電壓 （）電橋靈敏度 （） 分析式（）和式（）得知 （1）電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓, 供電電壓越高, 電橋電壓靈敏度越高, 但供電電壓的提高受到應變片允許功耗的限制, 所以要作適當選擇。（2）電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù), 恰當?shù)剡x擇橋臂比n的值, 保證電橋具有較高的電壓靈敏度。于是要使靈敏度最大可用靈敏度對求偏導數(shù)，求得，這樣 () ()考慮到溫度變化對測量結(jié)果有很大的影響，必須進行溫度的補償，選用如圖3—2的熱敏電阻補償法。 圖3—2 熱敏電阻補償法熱敏電阻處在與應變片相同的溫度條件下，當應變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻的阻值也下降，使電橋的輸入電壓隨著溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出，補償因應變片引起的輸出下降。選擇分流電阻的值，可以得到良好的補償。 信號處理電路的設計在從敏感元件中輸出的
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