传感器的选择

1、方案一压电传感器压电传感器就是一种典型得有源传感器，乂称自发电式传感器。其工作原理 就是基于某些材料受力后在其相应得特定表面产生电荷得压电效应.压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可幕，适用于动态力学量得测 量，不适合测频率太低得被测量，更不能测静态量。LI前多用于加速度与动态力 或压力得测量.压电器件得弱点：高内阻、小功率。功率小，输出得能量微弱， 电缆得分布电容及噪声干扰影响输岀特性，这对外接电路要求很高。方案二电容式传感器电容式传感器就是将被测非电量得变化转换为电容变化得一种传感器。它有 结构简单、灵墩度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。 电容传感器可用来检测压力

2、、力、位移以及振动学非电参量.电容传感器得基本工作原理可用最普通得平行极板电容器来说明。两块相互 平行得金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处得电力线分布不均匀引 起电容量得变化）时，其电容量为（2.1）式（2、1）中两极板间得距离；A两平行极板相互覆盖得有效面积；介质得相对介电常数；一-真空中介电常数.若被测量得变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量得 变化，通过测量电路就可转换为电量输出。虽然电容式传感器有结构简单与良好动态特性等诸多优点，但也有不利因 素：（1）小功率、高阻抗。受儿何尺寸限制，电容传感器得电容量都很小，一般仅 儿皮法至儿十皮法。因C太小，故容抗=

3、1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差; 乂因其视在功率P=c ,c很小，则P也很小。故易受外界干扰,信号需经放大，并 采取抗干扰措施。（2）初始电容小，电缆电容、线路得杂散电路所构成得寄生电容影响很大。方案三电阻应变式传感器电阻应变式传感器就是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号 得结构型传感器电阻应变片式电阻应变式传感器得核心元件，其工作原理就是基于材料得电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，乂能作为敬感 元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体得电阻随着机械变形而发生变化得现象叫做电阻应变效应.电阻应变片 把机械应变信号转换为AR/R后，山于应变量及相应电阻变化一般都很微

4、小，难 以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片得AR/R变化转 换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥得特点就是信号不会受各元件与导线得分布电感及电容得影响，抗 干扰能力强，但因机械应变得输出信号小，要求用高增益与高稳定性得放大器放 大。下图为一直流供电得平衡电阻电桥，接直流电源E：ri-Jk'i当电桥输出端接无穷ts勾原理图电压桥，即只有电压输;当忽略电源得内阻HiokUl娴W鋤紙负眾电阻%”程输出端为丿甘翁此时直流电桥称为（2. 2）当满足条件R 1 R3=R2R4时，即（2、3） =0,即电桥平衡。式（2、3）称平衡条件.应变片测量电桥在测量前使电

5、桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变 片感受得应变所引起得电阻变化有关。若差动工作,即 R1=RAR, R2= R + AR, R3=RAR, R4=R+AR,按式（2、2）,则电桥输出为（2、4）应变片式传感器有如下特点：（1）应用与测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器.（2）分辨力与灵敬度高，精度较高。(3) 结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、 强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。(4) 商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量.通过以上对传感器得比较分析，最终选择了第三种方案。题U要求称重范圉 09.999KE，重量误差不大于0.O0 5Kg,考虑到

6、秤台自重、振动与冲击分量, 还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重一一9。9 99Kg . 我们选择得就是L-PSIII型传感器，量程20Kg,精度为0、0 1 %，满量程时误差 0.002Kg/完全满足本系统得精度要求。系统采用压电传感器就是一种典型得有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理就 是基于某些材料受力后在其相应得特能表面产生电荷得压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠,适用于动态力学量得测量，不适合 测频率太低得被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度与动态力或压力得测疑.压电器 件得弱点：髙内阻、小功率。功率小，输出得能量微弱，电缆得分布电容及

7、噪声扰影响输 出特性，这对外接电路要求很高。电阻应变式传感器就是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号得结构型传 感器。电阻应变片式电阻应变式传感器得核心元件，英工作原理就是基于材料得电阻应变效 应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感 器。导体得电阻随着机械变形而发生变化得现象叫做电阻应变效应.电阻应变片把机械应变 信号转换为后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不 便处理。因此，要采用转换电路把应变片得!</£变化转换成电压或电流变化。英转换电路 常用测疑电桥。直流电桥得特点就是信号不会受各元件与导线得

8、分布电感及电容得影响，抗干扰能力 强，但因机械应变得输出信号小，要求用高增益与高稳左性得放大器放大。图2- 2为一直流供电得平衡电阻电桥，接直流电源E：图2-2传感器内部连接图当电桥输岀端接无穷大负载电阻时，可视输岀端为开路，此时宜流电桥称为电压桥，即只 有电压输出。当忽略电源得内阻时，由分压原理有：当满足条件R 1 R3=R2R4时，即。（2、2）二0,即电桥平衡.式（2、2）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平徼从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受得应 变所引起得电阻变化有关。若差动工作，即 R1=R-AR, R2=R+AR, R3=R-AR, R4=R+AR,按式（2、1）,则

9、电桥输岀为（2、3）应变片式传感器有如下特点：（1）应用与测量范用广,应变片可制成各种机械疑传感器. （2）分辨力与灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性 强，可在髙温、高压、强磁场等特姝环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于 实现远距离、自动化测量.通过对压力传感器与电阻应变式传感器比较分析，最终选择了第二种方案题目要求称 重范用05Kg,满量程量误差不大于0、0 05Kg,考虑到秤台自重、振动与冲击分量,还要避 免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额左称重5Kg。我们选择得就是电阻应变片压 力传感器，量程为5Kg,精度为0、01% ，满足本系

10、统得精度要求。采用应变片称重得基本原理电阻应变式传感器就是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化得传感器，传 感器山在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件 上时，弹性元件得变形引起应变敬感元件得阻值变化，通过转换电路转换成电量 输出，电量变化得大小反映了被测物理量得大小.应变片就是最常用得测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘 贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片得敬感栅随同变形，其电阻值也随之 发生相应得变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。当具有初始电阻值R得应变片粘贴于试件表面时，试件受力引起得表面应 变，将传递给应变片得敬感栅，使其产生电阻相对变

11、化AR/R。在一定应变范围 内A R/R与£得关系满足下式：式中，£为应变片得轴向应变.定义K= （ AR/R） /£为应变片得灵墩系数。它表示安装在被测试件上得应变在其轴向受到单向应力时，引起得电阻相对变化AR/R与其单向应力引起得试件表面轴向应变£之比。电阻应变片计把机械应变转换成AR/R后，应变电阻变化一般都很微小，这 样小得电阻变化既难以直接精确测量，乂不便直接处理。因此，必须采用转换电路, 把应变片计得AR/R变化转换成电压或电流变化。通常采用惠斯登电桥电路实现 这种转换。若将电桥四臂接入四片应变片，如图2所示，即两个受拉应变，两个受压应变, 将图2差动全桥电路两个应变符号相同得接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。在接入四片应变片时，需满足以下条件：相邻桥臂应变片应变状态应相反, 相对桥