电阻应变片测罐内液体质量要点Word文档下载推荐.docx

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6电路的结构图与原理图..................................4

7工作原理分析..........................................5

8仿真结果分析..........................................5

9设计体会............................................11

10参考文献...........................................11

1传感器的概述

1.1传感器的发展：

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：

例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究。

要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。

一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

1.2传感器的分类

传感器按传感原理分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光纤式传感器、光栅式传感器。

1.3传感器的静态特性和动态特性

静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。

因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。

表征传感器静态特性的主要参数有：

线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。

在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。

而灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。

在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。

这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。

最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值这样的一种器件。

主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

1.4电阻式传感器

电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。

电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。

半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。

应变式传感器的组成：

弹性元件、应变片、测量电路。

应变片能将应变直接转换成电阻的变化，对于其他物理量（力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变－弹性元件应变式电阻传感器是通过弹性元件的传递将被测量引起的形变转换为传感器敏感元件的电阻值变化。

电阻式液体重量传感器利用感压膜上方的液体的重量的不同产生不同的压力，当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力增大，从而引起弹性元件发生变形，变换成相应的应变，然后传递给与之相连的应变片，引起应变敏感元件电阻值发生变化。

通过测量电路变成电量

输出，输出电压

与柱形容器内感压膜上面溶液的重量呈线性关系。

可以实现对容器内储存的溶液重量的测量。

应变式传感器的测量电路通常采用直流电桥，为了减小非线性误差，采用提高桥臂比或采用差动电桥的方法。

采用半差动电桥不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度是单臂应变片工作时的2倍，因此提高了灵敏度和线性度。

在液体重量的测量中，采用双桥差动电桥。

2电阻应变片概况

应变式物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。

当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状的应变称为弹性应变。

应变片传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。

应变传感器工作时引起的电阻值变化甚小，但其测量灵敏度较高。

它在力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量中得到了广泛的应用。

3设计目的

（1）可以让学生对传感器应用技术的知识进一步掌握，加深对该课程知识的理解，培养学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，也是对前期理论与实践教学效果的检验。

（2）可以让学生对工程设计有初步的认识，加强学生的识图、绘图能力，培养学生独立工作的能力学生熟悉工程设计的思维方式和步骤。

（3）还可以通过本次课程设计，训练学生快速完成课程设计的能力，为以后的毕业论文打好坚实基础。

4实验内容

利用感压膜上方的液体的重量的不同产生不同的压力，当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力增大，从而引起弹性元件发生变形，变换成相应的应变，然后传递给与之相连的应变片，引起应变敏感元件电阻值发生变化。

通过测量电路变成电量

可以实现对容器内储存的溶液重量的测量（采用双桥差动方式进行）。

5原理图结构框图

图5原理结构图框图

6电路的结构图与原理图

图1结构图

图2原理图

7工作原理分析

图2为两个传感器半差动电桥接成的正向串接的双电桥差动电路。

图1应变片容量内液体重量传感器：

感压膜感受上面液体的压力。

当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。

将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为：

U0=U1+U2=（K1+K2）hpg

式中，K1，K2为传感器传输参数。

ρ——液体密度

h——位于感压膜上方的液体高度

ρgh表征了感压膜上方液体的重量

Hpg=Q/AU0=（K1+K2）Q/A

Q——感压膜上方液体的重量

A——柱形容器的截面积

结论：

电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。

8仿真结果分析

依次改变滑动变阻器的数值得到下面两组仿真图

第一组R1为零，改变R12的值分别为1K,0.8K,0.6K,0.4K,0.2K,0，得到图8.1~8.5

图8.1

图8.2

图8.3

图8.4

图8.5

图8.6

第二组R12为零，R1分别为0.2K,0.4K,0.6K,0.8K,1.0K，得到图8.7~8.11.

图8.7

图8.8

图8.9

图8.10

图8.11

9设计体会

通过本次课程设计,我深刻了解了电阻式传感器元件的特性，发现了传感器不再是书本上那一个个晦涩难懂的概念，不再是那与我生活毫无交集的呆板知识，它是有血有肉的，它在我们生活的方方面面发挥着巨大的作用。

另外使我对传感器的基本概况有了充分的理解与掌握。

我还找到很多参考资料，加深了对电阻式传感器的原理的理解，以及其在实际生活中的广泛应用。

因此，通过这次的课程设计，对今后在传感器这一领域有更深的认识和影响。

10参考文献

《传感器原理及工程应用》西安电子科技大学出版社，郁有文

《传感器与自动检测技术》高等教育出版社，余诚波