傳感器結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計---第二章電阻式傳感器-文庫吧資料
2024-12-14 07:25本頁面
【正文】 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 電橋補償法 方式一 ： 圖 2－ 17， 工作應(yīng)變片 R1安裝在被測試件上，另選一個其特性與 R1相同的補償片 RB， 安裝在材料與試件相同的某補償件上，溫度與試件相同，但不承受應(yīng)變 。 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 計算實例 ： 試件為不銹鋼，其 α g ＝ 14 10－ 6； 敏感柵選用 錳白 銅絲， α s ＝ 15 10－ 6， k＝ 2，要滿足溫度自補償條件，按上式可求出 α t ＝ 2 10－ 6， 錳白 銅絲退火溫度應(yīng)為 380℃ 。 溫度變化形成的總電阻相對變化 ： 熱輸出 ： ttt山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （一）溫度補償 自補償法 ?單絲自補償 實際操作：對于給定的試件材料和選定的錳白銅或鎳鉻鋁合金柵絲（ αg、 αs 及 k均已給定），適當(dāng)?shù)倪x擇或控制、調(diào)整柵絲溫度系數(shù) αt， 如以不同的熱處理規(guī)范控制柵絲溫度系數(shù)。 t山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 試件材料的線膨脹引起的誤差。 及 或 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 五、溫度誤差及其補償 溫度變化 ?電阻變化 ?測量誤差 （一）溫度誤差 敏感柵電阻隨溫度變化引起的誤差。Z3＝ R3， Z4＝ R4， Z1＝ R1/(1+jωR 1C1), Z2=R2/(1+jωR 2C2)，按式（ 2－14）可求出 ： 整理可得該交流電橋的平衡條件為 此種交流電橋，既要滿足電阻平衡條件，還要滿足電容平衡條件。其電壓輸出為 平衡條件： 或 （ 2－ 12） （ 2－ 13） 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 設(shè)各臂阻抗為 代入式 2－ 13得 交流電橋平衡條件 ： （ 2－ 14） ???????????32413241 ZZZZ山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 交流電橋的輸出特性及預(yù)平衡調(diào)節(jié) ? 單臂電橋的情況 ：設(shè)交流電橋的 初始狀態(tài)是平衡 的，當(dāng)工作應(yīng)變片 R1改變△ R1后，使 Z1變化了△ Z1，根據(jù)（ 2－ 12）可得 略去分母中△ Z1項得 （ 2－ 16） （ 2－ 15） 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 考慮導(dǎo)線寄生電容 C1的存在 (圖 2－ 12(b)) 討論 ： 當(dāng)導(dǎo)線電容很小，電源頻率不高時， Z1=R1， ΔZ1= ΔR1交流電橋仍可看作純電阻電橋 。 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 圖 2－ 10b為四臂差動電橋，其輸出電壓： 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （ 2）恒流源電橋 供電電流為 I，通過各臂的電流為 I1和 I2， Δ R1=0時： 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 若電橋初始處于平衡狀態(tài)，而且 R1＝ R2＝ R3＝ R4=R當(dāng)?shù)谝槐垭娮?R1變?yōu)? R＋△ R時，電橋輸出電壓為 結(jié)論： 與恒流源相比，非線性誤差減小 1/2。 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （二）電橋的非線性誤差 式 2－ 6的實際表達式如下： 則非線性誤差為： 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 對于對稱電橋， n=1，則非線性誤差為 略去高階量，得 （ 2－ 10） 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 結(jié)論： ? 非線性誤差 γ L與 Δ R1/R1成正比； ? 對金屬電阻絲應(yīng)變片，因為 Δ R非常小，電橋非線性誤差可以忽略； ? 對半導(dǎo)體應(yīng)變片，因為靈敏度比金屬絲式大得多，受應(yīng)變時 Δ R很大，非線性誤差將不可忽略。 n＝ 1時的電橋，稱 對稱電橋 ，常采用這種電橋的形式。 取 dku/dn＝ 0時， ku為最大，得 (1n)2/(1+n)4＝ 0，所以 n＝ 1時，即 R1＝ R2，R3＝ R4時 ku為最大。 ku與橋臂比 n有關(guān)。電橋的輸出式為： 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 應(yīng)變片工作，電阻變化 ΔR ，不平衡電壓輸出值： 設(shè)橋臂比 n＝ R2/R1,由于電橋初始平衡時有 R2/R1＝ R4/R3，略去分母中的 ΔR 1/R1。 （一）直流電橋 工作原理 四臂電橋如 a圖，應(yīng)變片阻值變化較小，可假定電源為電壓源，內(nèi)阻為零，流過負載 RL的電流如下： URRRRRRRRRRRRR RRRRILL ?????????)()())(( 2143432143214231山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 電橋平衡條件： a) b) R1R4=R2R3 或 R1/R2=R3/R4 （ 2－ 5） 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 應(yīng)變片阻值變化的獲取方法： 偏轉(zhuǎn)法 ——用檢流計轉(zhuǎn)換為電流 IL的大小表示； 零讀法 ——用改變相鄰橋臂阻值的方法，使 IL恢復(fù)到零，然后根據(jù)相鄰橋臂阻值的變化來確定應(yīng)變片的阻值變化。通常采用 電橋電路 實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 （ 6） 實際舉例： 表 2－ 1給出了對于鋼材 v＝ 5000m/s，取不同基長 λ/l ＝ 20時，不同基長應(yīng)變片的最高工作頻率。 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 ?應(yīng)變波波幅計算： （ 1） 設(shè)應(yīng)變的變化規(guī)律為 ε=ε 0sin2πft ， 應(yīng)變在試件中軸向 (沿柵軸方向 )傳播；有 x＝ vt， v＝ λf ，所以 t＝ x/λf ，代入應(yīng)變表達式，則應(yīng)變?yōu)? ε=ε 0sin(2πx/λ) （ 2） 圖示為應(yīng)變波與應(yīng)變片在波最大幅值的瞬時情況，應(yīng)變片兩端點坐標(biāo)分別為： ， , 山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （ 3） 平均應(yīng)變的最大值為： （ 4） 應(yīng)變波幅測量的相對誤差為： ????????????????llxxlxxdxxxxps i n)2c o s2( c o s2)2s i n (012012021???????1s i n00 ????????????llp山東理工大學(xué)機械學(xué)院 第二章 電阻式傳感器 （ 5） 結(jié)論： ? 測量誤差 γ 與應(yīng)變波長對基長的相對比值 λ/l 有關(guān)，其關(guān)系曲線見圖 2－ 7（ b），一般可取 λ/l ＝ 10～ 20，其誤差 γ 小于 ～ ％。傳播速度與聲波相同，對于鋼材 v≈5000m/s 。 目前常
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1