电阻应变片式压力传感器1 (1)

1、与现有液位传感器的比较与现有液位传感器的比较m现在的液位传感器主要分为两种m一类为接触式接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器等。m第二类为非接触式非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。m我们设计的传感器属于第一类第一类，根据浮力原理，利用微小的金属应变传感技术来测量液体的液位。m目前研发的液位传感器如光电液位传感器光电液位传感器利用光在两种不同介质界面发生反射折射原理而开发的新型接触式点液位测控装置。光电传感器光电传感器超声波液位传感器超声波液位传感器m与此相比我们的传感器具有结构简单，定位精度较高，不需调试，灵敏度较高，耗电少，体积小等诸多优点。m较之不

2、足的就是定位精度稳定性与市场成熟的传感器还有差距设计初衷：m 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制。m m 本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。设计初衷：m 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广

3、泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制。m m 本设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。工作原理：m 电阻应变式传感器为本设计的主要部件，传感器中的弹性元件感受物体的重力并将其转化为应变片的电阻变化，再利用交流全桥测量原理得到一定大小的输出电压，通过电路输

4、出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，在显示表头中将电压（V）改为质量（kg）即可实现对物品质量的称重。m流程图：应变效应：m应变片检测原理 电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表面上，当被测压力变化时，弹性元件内部应力变形，这个变形应力使应变片的电阻产生变形，根据所测电阻变化的大小来测量未知压力，也实现本次设计未知质量的检测。设一根电阻丝，电阻率为，长度为, l,截面积为S，在未受力时的电阻值为lRSm如上图所示，电阻丝在拉力F作用下，长度l增加，截面S减少，电阻率也相应变化，将引起电阻变化 其值 对于半径为r的电阻丝，截面积S=r2，则有令电阻丝的轴向

5、应变为径向应变由材料力学可知，为电阻丝材料的泊松系数，经整理可得RRlSRlS2SrSrlllrrl 12RR m通常把单位应电所引起的电阻相对变化称为电阻丝的灵敏系数，其表达式为m从可以明显看出，电阻丝灵敏系数K由两部分组成：受力后由材料的几何尺寸受力引起m由材料电阻率变化引起的m对于金属材料 项的值比 小很多，可以忽略，所以 大量实验证明， 在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变对于金属丝材料成正比，即为常数。通常金属丝的=1.7-3,6。可写成12RRK(12 )()1()1(12 )12K RKR桥式电路的选择：m常见桥式电路：一般电桥的输出电压为如图两臂差动电桥电路的电压输出为

6、设初始时 则式可以简化为工作时一片受拉一片受压，即 142301234iR RR RUURRRR1142230112234.iRRRRRRUURRRRRR1234RRRRR12RRR 工作时 差动电桥电压灵敏度为 同理若采用四臂电桥，如图所示并设初始时输出为 四臂电桥的电压灵敏度为 通过比较其电压灵敏度知四臂电桥（全桥）电路的灵敏度高，故选用四臂电桥电路 022iiUURUKR2iUUK1234RRRRR0iiRUUU KRUiKU传感器简图：m总体结构设计：应变片，放大器，转换开关，A/D转换器，单片机，接口电路，该电路一下该电路由三部分组成：（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放

7、大电路部分传感器简图：灵敏度与误差分析：m误差来源 电阻应变片引起的误差 用应变片测量时，由于环境温度所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差。 造成应变片温度误差的原因主要有两个：（1）应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数；（2）电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。 设环境引起的构件温度变化为t（）时，粘贴在 试件表面的应变片敏感栅材料的电阻温度系数为 ，则应变片产生的电阻相对变化为由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当t 存在时，引起应变片的附加应变，相应的电阻相对变化为式中：K为应变片灵敏系数；g为试件线膨胀系数；s为应变片敏

8、感栅材料线膨胀系数。 因此由于温度变化引起的总电阻相对变化为：通常，在常温应变测量中采用桥路补偿法，如图所示，这种方法简单，经济， 补偿效果好。1tRtR 2gstRKtR12gstttRRRtKtRRR 电桥非线性误差：m 实际电桥电压与应变片的电阻相对变化为非线性关系，如式所示，当电阻变化量很小至可以忽略不计，或则远小于1时，电桥电压与电阻相对变化可以认为是线性的.231222LRRRRRRRRRRRRRR 电路灵敏度m电路灵敏度为应变片灵敏度，桥路灵敏度，三运放电路增益以及滤波电路增益之积，即取即得2.0SK 1SUPKKKAK78131809172.0 111RRRRKURRR特点及缺

9、点：m应变片式压力传感器的特点是 灵敏度系数高，K=30175（而电阻丝其数值约在1.63.6之间）横向效应小（应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，该现象称为横向效应。）m缺点是 对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，并且使用时间长了会非线性度误差会增大，故还需要增加调零电路m应变片式的特点m应变式传感器具有很多特点：m1、分辨力高，能测出极微小的应变，如1-2微应变；m2、误差较小，一般小于1%；m3、尺寸小、重量轻。m4、测量范围大，从弹性变形一直可测至塑性变形（1-2%），最大可达20%；m5、既可测静态，也可测快速交变应力；m6、具有电气测量的一切优点，如测量结果便于传送、记录和处理；m7、能在各种严酷环境中工作。如从宇宙真空至数千个大气压；从接近绝对零度低温至近1000高温；离心加速度可达数十万个“g”；在振动、磁场、放射性、化学腐蚀等条件下，只要采取适当措施，亦能可靠地工作；m8、价格低廉、品种多样，便于选择和大量使用。m 液位传感器有以下特点： m 1、安装方便、结构简单、经济耐用。 2、采用三级防雷设计，抗雷击效果好。 m 3、满度、零位长期稳定性可达0.%FS/年。在补偿温度070范围内，温度飘移低于0.%FS，在整个允许工作温度范围内低于0.%FS。 m