基于應(yīng)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(jiǎn)介】 箔式應(yīng)變片：表面積大、散熱性能好，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性好，可通過較大工作電流，橫向效應(yīng)小，蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命高，但工藝復(fù)雜。半導(dǎo)體應(yīng)變片：靈敏系數(shù)大，動(dòng)態(tài)特性好，但重復(fù)性及溫度、時(shí)間穩(wěn)定性較差，應(yīng)變時(shí)非線性嚴(yán)重，互換性差。根據(jù)測(cè)量條件，選用絲式應(yīng)變片作為敏感元件。 第二章 彈性元件設(shè)計(jì)彈性敏感元件在傳感器中因?yàn)橹苯訁⑴c變換和測(cè)量，所以對(duì)它有一定要求。在任何情況下，它應(yīng)該保證有良好的彈性特性，足夠的精度和穩(wěn)定性，在長時(shí)間中使用和溫度變化時(shí)都應(yīng)該保持穩(wěn)定的性能。因此對(duì)材料的基本要求是：（1）彈性滯后和彈性后效??；（2）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(qiáng)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(jī)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(jì)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(xué)知道筒形薄壁壓力容器 （） 其中圓周方向的拉伸應(yīng)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(shè)定傳感器的最大測(cè)量范圍為=10MPa，選定內(nèi)徑為=50。于是 （）即 實(shí)際取。在筒臂較薄的強(qiáng)況下計(jì)算筒的環(huán)向應(yīng)變： () 其中，取泊松比為，計(jì)算得出 我們知道薄壁圓筒振動(dòng)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(duì)于低碳鋼為208GPa。 圓筒材料的密度,對(duì)于低碳鋼為。根據(jù)傳感器設(shè)定的最大工作頻率，并且為避免共振現(xiàn)象發(fā)生應(yīng)使傳感器工作頻率遠(yuǎn)離固有頻率一般應(yīng)使。于是將數(shù)據(jù)帶入式（）算得。第三章 電橋及測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 電橋的設(shè)計(jì)根據(jù)選擇的傳感器彈性元件的形狀選擇的電橋?yàn)閱伪垭姌颍ㄖ绷麟姌颍?，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(yīng)變片。應(yīng)變片未承受應(yīng)變此時(shí)的阻值是, 電橋處于平衡狀態(tài)，電橋輸出電壓為。當(dāng)承受應(yīng)變時(shí)，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(shè)，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(yīng)變片允許功耗的限制, 所以要作適當(dāng)選擇。（2）電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù), 恰當(dāng)?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(duì)求偏導(dǎo)數(shù)，求得，這樣 () ()考慮到溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響，必須進(jìn)行溫度的補(bǔ)償，選用如圖3—2的熱敏電阻補(bǔ)償法。 圖3—2 熱敏電阻補(bǔ)償法熱敏電阻處在與應(yīng)變片相同的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，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(bǔ)償因應(yīng)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(bǔ)償。 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)在從敏感元件中輸出的
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