力与压力测量传感器ppt课件

1、适用传感器技术教程适用传感器技术教程压电式传感器压电式传感器1.2 第第3章章 力与压力丈量传感器力与压力丈量传感器电阻式压力传感器电阻式压力传感器3.13.2集成压力传感器集成压力传感器 1.2差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.33.4力与压力丈量传感器性能比较力与压力丈量传感器性能比较1.2压磁式传感器压磁式传感器3.53.6v本章要点本章要点v电阻式、压电式、差动变压器式、压电阻式、压电式、差动变压器式、压磁式与集成式压力传感器等压力丈量磁式与集成式压力传感器等压力丈量传感器构造与任务原理传感器构造与任务原理v压力丈量传感器的特性参数、丈量电压力丈量传感器的特性参数、丈量电路与温

2、度补偿方法路与温度补偿方法v压力丈量传感器性能及运用范围比较压力丈量传感器性能及运用范围比较v压力丈量传感器运用实例压力丈量传感器运用实例3.1 电阻式压力传感器电阻式压力传感器3.1.1金属电阻应变式传感器金属电阻应变式传感器 金属电阻应变式传感器是利用应变效应原理制成的金属电阻应变式传感器是利用应变效应原理制成的一种丈量微小机械变化量的传感器。它是由弹性元件一种丈量微小机械变化量的传感器。它是由弹性元件和电阻应变片构成。当弹性元件感受被测物理量时，和电阻应变片构成。当弹性元件感受被测物理量时，其外表产生应变，粘贴在弹性元件外表的电阻应变片其外表产生应变，粘贴在弹性元件外表的电阻应变片也产生

3、应变，其阻值将随着弹性元件的应变而变化。也产生应变，其阻值将随着弹性元件的应变而变化。经过丈量电阻应变片的电阻值，可以用来丈量被测的经过丈量电阻应变片的电阻值，可以用来丈量被测的物理量。金属电阻应变传感器具有构造简单、丈量精物理量。金属电阻应变传感器具有构造简单、丈量精度高、运用方便、动态性能好等特点，被广泛运用于度高、运用方便、动态性能好等特点，被广泛运用于丈量力、力矩、压力、加速度、分量等参数。丈量力、力矩、压力、加速度、分量等参数。 1.1 传感器根本概念传感器根本概念1. 1. 电阻应变片原理及主要特性电阻应变片原理及主要特性1任务原理任务原理L2r2()rr LF金属导体资料在遭到外

4、界力作用时，将产活力械变形，机械变形会导致其电阻值变化，这种因形变而使其电阻值发生变化的景象被称为“应变效应。 图3-1金属电阻丝伸长后几何尺寸变化 v 设有一根电阻丝，如图3-1所示，它在未遭到外力作用时的初始电阻为 v 3-1v 式中，电阻丝的电阻率；v L电阻丝的长度；v S电阻丝的截面积。LRSv 当电阻丝在外力F的作用下被拉伸(或紧缩)，那么其、L、S均发生变化，变化量分别为、L、S。几何尺寸的变化引起电阻值的变化，电阻值相应变化为R，其电阻的相对变化量为 :RLSRLS (3-2) (3-2) 经过整理，可得下式: (12 )RR (3-3) v 式中，为为泊松比，定义为资料在单向

5、受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。假设令 :012k (3-4) (3-4) 那么有: 0RkR (3-5) (3-5) 式中，=L/L为金属导体电阻丝的纵向应变；k0为电阻丝的灵敏系数，即单位应变所引起的电阻的相对变化。 v由式(3-4)可知，电阻丝的灵敏系数受两个要素的影响：一是(1+2)，它是由电阻丝几何尺寸改动引起的，对某种资料来说，它是常数；另一个是/，对于同一种金属资料，其值也是常数，但比(1+2)小很多，可以忽略，故k01+2。实际与实验证明，对于每一种电阻丝，在一定的相对变形范围内，金属资料的灵敏系数k0将坚持不变。v因此，由式3-5可知，当金属电阻丝遭到外界

6、应力的作用时，其电阻的变化与遭到应力的大小成正比。即金属导体电阻丝的电阻的相对变化率与电阻丝的应变呈线性关系变化，这就是金属电阻应变式的任务原理。 2应变片的构造应变片的构造v常用的金属应变片分为电阻丝应变片和箔式应变片。它们根本构造大体一样，由敏感栅、基底、覆盖层、引线和黏结剂组成。引出线覆盖层电阻丝基片lb3电阻应变传感器主要特性电阻应变传感器主要特性v1) 1) 灵敏系数灵敏系数K Kv 当具有初始电阻值当具有初始电阻值R R的应变片粘贴于试件外表时，的应变片粘贴于试件外表时，试件受力引起的外表应变，将传送给应变片的敏感栅，试件受力引起的外表应变，将传送给应变片的敏感栅，使其产生电阻相对

7、变化使其产生电阻相对变化R/RR/R。实验阐明，在一定应变。实验阐明，在一定应变范围内范围内R/RR/R由下式确定：由下式确定：RKR式中:为应变片的纵向应变； K为应变片的灵敏系数。3电阻应变传感器主要特性电阻应变传感器主要特性v 2) 2) 机械滞后机械滞后v 应变片安装在应变片安装在试件上以后，在一定试件上以后，在一定的温度下，应变片的的温度下，应变片的指示应变指示应变ii与试件与试件机械应变机械应变mm应该是应该是一个确定关系，但实一个确定关系，但实验阐明，在加载和卸验阐明，在加载和卸载过程中，对同一机载过程中，对同一机械应变量，两过程的械应变量，两过程的特性曲线并不重合，特性曲线并不

8、重合，卸载时的指示应变高卸载时的指示应变高于加载时的指示应变，于加载时的指示应变，如图如图3-33-3所示，这种所示，这种景象称为应变片的机景象称为应变片的机械滞后。加载和卸载械滞后。加载和卸载特性曲线之间的最大特性曲线之间的最大差值差值mm称为应变称为应变片的机械滞后值。片的机械滞后值。imm3电阻应变传感器主要特性电阻应变传感器主要特性v 3) 3) 零漂和蠕变零漂和蠕变v 已粘贴在试件上的应变片，在温已粘贴在试件上的应变片，在温度坚持恒定，试件上没有机械应变的情况下，度坚持恒定，试件上没有机械应变的情况下，应变片的指示会随着时间增长而逐渐变化，这应变片的指示会随着时间增长而逐渐变化，这就

9、是应变片的零点漂移，简称零漂。就是应变片的零点漂移，简称零漂。v v 已粘贴的应变片，温度坚持恒定，在接已粘贴的应变片，温度坚持恒定，在接受某一恒定的机械应变长时间作用下，应变片受某一恒定的机械应变长时间作用下，应变片的指示会随时间的变化而变化，这种景象称为的指示会随时间的变化而变化，这种景象称为蠕变。普通来说，蠕变的方向与原来应变量变蠕变。普通来说，蠕变的方向与原来应变量变化的方向相反。化的方向相反。3电阻应变传感器主要特性电阻应变传感器主要特性v 4) 4) 温度效应温度效应v 粘贴在试件上的电阻应变片，除感受机械应变粘贴在试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生电阻相对变化外，在环境温度

10、变化时，也会引而产生电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚伪应变，这种景象称为温起电阻的相对变化，产生虚伪应变，这种景象称为温度效应。温度变化对电阻应变片的影响是多方面的，度效应。温度变化对电阻应变片的影响是多方面的，这里仅思索两种主要影响：这里仅思索两种主要影响：v 一是当环境温度变化一是当环境温度变化tt时，由于敏感栅资料时，由于敏感栅资料的电阻温度系数的电阻温度系数tt的存在，引起电阻的相对变化；的存在，引起电阻的相对变化；v 二是当环境温度变化二是当环境温度变化tt时，由于敏感资料和时，由于敏感资料和试件资料的膨胀系数不同，应变片产生附加的形变，试件资料的膨胀

11、系数不同，应变片产生附加的形变，从而引起电阻的相对变化。从而引起电阻的相对变化。3电阻应变传感器主要特性电阻应变传感器主要特性v 5) 5) 应变极限与疲劳寿命应变极限与疲劳寿命v 应变片的应变极限是指在一定温应变片的应变极限是指在一定温度下，应变片的指示应变度下，应变片的指示应变ii与与试件的真实应变试件的真实应变mm的相对误差的相对误差到达规定值普通为到达规定值普通为10%10%时的时的真实应变值真实应变值jj，如右图所示。，如右图所示。v 对于已安装的应变片，在恒定幅对于已安装的应变片，在恒定幅值的交变力作用下，可以延续任值的交变力作用下，可以延续任务而不产生疲劳损坏的循环次数务而不产生

12、疲劳损坏的循环次数N N称为应变片的疲劳寿命。称为应变片的疲劳寿命。mO10090j()iR Rv 6 6 绝缘电阻和最大任务电流绝缘电阻和最大任务电流v 应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的电阻值件之间的电阻值RmRm。通常要求。通常要求RmRm在在50M50M100M 100M 以以上。绝缘电阻下降将使丈量系统的灵敏度降低，使应上。绝缘电阻下降将使丈量系统的灵敏度降低，使应变片的指示应变产生误差。变片的指示应变产生误差。 v 最大任务电流是指已安装的应变片允许经过敏感栅而最大任务电流是指已安装的应变片允许经过敏感栅而不影响其任

13、务特性的最大电流。任务电流大，输出信不影响其任务特性的最大电流。任务电流大，输出信号就大，灵敏度就高。但任务电流过大，会使应变片号就大，灵敏度就高。但任务电流过大，会使应变片过热，灵敏度系数发生变化，零漂及蠕变添加。通常过热，灵敏度系数发生变化，零漂及蠕变添加。通常静态丈量时取静态丈量时取25mA25mA左右，动态丈量时取左右，动态丈量时取7575100mA100mA。v 7 7应变片的电阻值应变片的电阻值v 指应变片在未经安装也不受外力的情况下，在指应变片在未经安装也不受外力的情况下，在室温条件下测得的电阻值。目前常用的电阻系列，有室温条件下测得的电阻值。目前常用的电阻系列，有6060、12

14、0120、200200、350350、500500、10001000、15001500等。等。2. 电阻应变片温度误差及补偿电阻应变片温度误差及补偿v由于外界温度变化而给电阻应变片丈量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。温度误差主要是由于敏感栅的温度系数t及敏感资料与试件资料的膨胀系数的差别呵斥的见公式3-7。该误差对于丈量精度影响极大，必需采取一定的补偿方法进展温度补偿。 1自补偿法自补偿法这种补偿方法是利用应变片本身具有的温度补偿作用进展补偿1选择式自补偿法由式(3-7)可知，假想象完全补偿温度变化带来的丈量误差，就要使温度变化构成的总电阻相对变化为零，那么需满足下面条件 (3-8) 因

15、此，当被测试件的线膨胀系数g知时，假设合理选择敏感栅资料，即其电阻温度系数t、灵敏系数K以及线膨胀系数s，满足式(3-8)，那么不论温度如何变化，均有R/R=0，即消除了温度变化对电阻变化率的影响，从而到达了温度自补偿的目的。这种自补偿应变片容易加工，本钱低，缺陷是只适用特定的被试件资料，温度补偿范围也较窄。()tgsK 1自补偿法自补偿法v2 2组合式自补偿法组合式自补偿法 焊点R1R2 采用这种补偿方法的应变片，其敏感栅是由两种不同温度系数的金属电阻丝串接而成的。这两种温度系数可以是一样符号，也可以是不同符号。 利用两种具有不同符号的电阻温度系数进展补偿的应变片构造如图3-5所示，它是将两

16、种具有不同温度系数的电阻丝串联绕制成敏感栅。 图图3-53-5组合式自补偿方法之一组合式自补偿方法之一2 线路补偿法线路补偿法v常用的线路补偿法是利用电桥进展补偿。v图3-7所示为电桥补偿电路，其中R1为任务应变片，RB为补偿应变片，R3、R4为固定电阻。任务片R1粘贴在被测试件上需求丈量应变的地方，补偿片RB粘贴在补偿块上，补偿块与被测试件温度一样，但不接受应变。R1R4R3UOFFRBUi试件补偿块图3-7电桥补偿电路3. 电阻应变片的粘贴技术电阻应变片的粘贴技术v1应变片的检查与挑选v2试件贴片处外表的处置v3底层处置v4贴片v5粘贴质量的检查3.1.2 压阻式传感器压阻式传感器v虽然金

17、属电阻应变式传感器具有性能稳定、精度较高等优点，但却存在一大弱点，就是灵敏系数低。在20世纪50年代中期出现了半导体应变片制成的压阻式传感器，其灵敏系数比金属电阻式传感器高几十倍，而且具有体积小、分辨率高、任务频带宽、机械迟滞小、传感器与丈量电路可实现一体化等优点。1. 压阻式传感器任务原理压阻式传感器任务原理v 当单晶半导体资料在在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化，这一景象称半导体的压阻效应。压阻式传感器就是基于半导体资料的压阻效应原理任务的。当对半导体资料施加应力作用时，半导体资料的电阻率将随着应力的变化而发生变化，因此它也属于一种电阻式传感器。v 前面引见了金属导体资料在遭到

18、外界力作用时，导致其电阻值变化，其电阻变化率由式(3-3)给出，即：(12 )RR 1. 压阻式传感器任务原理压阻式传感器任务原理v 其中/一项很小，即电阻率的变化很小，因此可以忽略不计，所以金属电阻应变片的电阻的变化主要由金属资料的几何尺寸所决议。但对于半导体资料而言，情况正好相反，由资料几何尺寸变化而引起电阻的变化很小，可忽略不计，而/一项很大，也就是说，半导体资料电阻的变化主要由半导体资料电阻率的变化所呵斥的，这就是压阻式传感器的任务原理。v 压阻式传感器电阻的变化普通可表示为：RRREKR 由于弹性模量E=/：故上式又可以表示为： 2. 压阻式传感器的构成压阻式传感器的构成 v图3-8

19、所示为压阻式传感器的构造框图。弹性敏感元件将被丈量x转换成为中间变量，压阻式变换器将其转换成电阻的变化量R。弹 性 元 件压 阻 式变 换 器xR被测量中间变量 图图3-8 3-8 压阻式传感器框图压阻式传感器框图分散型压阻式传感器的构造图分散型压阻式传感器的构造图3.1.3 电阻式压力传感器的驱动及丈量电路电阻式压力传感器的驱动及丈量电路v1. 1. 驱动方式驱动方式v 电阻式压力传感器属于无源传感器，任务时电阻式压力传感器属于无源传感器，任务时需求外加驱动电源，其驱动方式分为恒流驱动与恒压需求外加驱动电源，其驱动方式分为恒流驱动与恒压驱动两种。驱动两种。v1 1恒流驱动方式恒流驱动方式 v

20、2 2恒压驱动方式恒压驱动方式v2. 2. 电桥丈量电路电桥丈量电路v电阻式压力传感器将压力转换成电阻的相对变电阻式压力传感器将压力转换成电阻的相对变化化R/RR/R，为了便于进展丈量，还必需经过丈量，为了便于进展丈量，还必需经过丈量电路将这种电阻的变化进一步转换成电压或电电路将这种电阻的变化进一步转换成电压或电流信号。电阻式压力传感器常用的丈量电路是流信号。电阻式压力传感器常用的丈量电路是电桥。电桥。v电桥丈量电路具有丈量精度高、灵敏度高、丈电桥丈量电路具有丈量精度高、灵敏度高、丈量范围宽、电路简单以及易于实现温度补偿等量范围宽、电路简单以及易于实现温度补偿等优点，因此在电阻式传感器的丈量电

21、路中得到优点，因此在电阻式传感器的丈量电路中得到了普遍运用。了普遍运用。3.1.3 电阻式压力传感器的驱动及丈量电路电阻式压力传感器的驱动及丈量电路3.1.3 电阻式压力传感器的驱动及丈量电路电阻式压力传感器的驱动及丈量电路v 1 1单臂任务电桥单臂任务电桥v 右图为电桥电路，右图为电桥电路，U U为桥路供电电源电压，为桥路供电电源电压，U0U0为电桥输出电压。其输出电压表达式为为电桥输出电压。其输出电压表达式为 v 右图根本电桥电路右图根本电桥电路v v 在实在实践运用中，根据敏感元件的数量和桥臂电阻践运用中，根据敏感元件的数量和桥臂电阻的阻值情况，经常将电桥分为以下几种任务的阻值情况，经常

22、将电桥分为以下几种任务方式。方式。R1R2R4R3UUO01 32 4( 12)( 34)R RR RUURRRRv1 1等臂电桥等臂电桥v 等臂电桥是指在初始形状时，电桥四臂的电阻均等臂电桥是指在初始形状时，电桥四臂的电阻均相等，即相等，即R10=R20=R30=R40=RR10=R20=R30=R40=R。当。当R1R1为任务臂时，其增为任务臂时，其增量为量为R1=RR1=R，那么输出电压为，那么输出电压为v v v 式中，式中，=R/ R=R/ R，为敏感元件电阻的相对变化量。，为敏感元件电阻的相对变化量。 v 假设，假设，1 1 ，那么输出电压为，那么输出电压为v 04242RUUUR

23、R 04UUv2第一对称电桥第一对称电桥v所谓第一对称电桥是指电桥初始形状时，所谓第一对称电桥是指电桥初始形状时，R10=R40=R，R20=R30=R。当。当R1为任务臂时，其增量为为任务臂时，其增量为R1=R，那么输出电压为那么输出电压为v v同样，假设同样，假设 1，那么输出电压为：，那么输出电压为：04242RUUURR 04UUv 3 3第二对称电桥第二对称电桥v 所谓第二对称电桥是指电桥初始形状时，所谓第二对称电桥是指电桥初始形状时，R10=R20=RR10=R20=R，R30=R40=RR30=R40=R。当。当R1R1为任务臂时，其增量为为任务臂时，其增量为R1=RR1=R，那

24、么输出，那么输出电压为：电压为：v 假设假设 1 1，那么输出电压为，那么输出电压为v v 由以上对单臂电桥的分析得出两点结论：第一，当桥臂电阻发由以上对单臂电桥的分析得出两点结论：第一，当桥臂电阻发生一样变化时，等臂电桥与第一类对称电桥的输出电压一样，生一样变化时，等臂电桥与第一类对称电桥的输出电压一样，且比第二类对称电桥输出电压大，即第一类对称电桥灵敏度比且比第二类对称电桥输出电压大，即第一类对称电桥灵敏度比第二类对称电桥灵敏度高。第二，就是单臂任务电桥输出电压第二类对称电桥灵敏度高。第二，就是单臂任务电桥输出电压与电阻的相对变化是非线性关系，只需当与电阻的相对变化是非线性关系，只需当 1

25、 1时，才近似时，才近似为线性关系。为线性关系。20()()RRUURRRRR02()RRUURR3.1.4 电阻式压力传感器运用电阻式压力传感器运用v 2. 2. 煤矿快速定量自动装车系统煤矿快速定量自动装车系统称重传感器称重传感器砝码校验装置砝码校验装置称重料斗检测及控制装置3.1.4 电阻式压力传感器运用电阻式压力传感器运用v 3. 3. 胶带张力测试胶带张力测试滚筒胶带压力滚筒称重传感器FFF1F2F3 图图3-17 3-17 带式保送机的胶带张力测试安装带式保送机的胶带张力测试安装 图图3-183-18压力滚筒受力表示图压力滚筒受力表示图 3.2 压电式传感器压电式传感器v 压电式传

26、感器是基于某些介质资料的压电效应原理任务的，是一种典型的有源传感器。压电效应是资料遭到应力作用时所产生的电极化景象，是一种可逆效应，因此，当在资料两侧之间施加电压时，资料便产生应变。v 由于压电式转换元件具有体积小、分量轻、构造简单、固有频率高、任务可靠以及信噪比高等特点，因此，它成为一种典型的力敏元件，被广泛地运用于压力、加速度、机械冲击和振动等诸多物理量的丈量中。3.2.1 压电效应与压电传感器压电效应与压电传感器v1. 1. 压电效应压电效应v某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产生形变某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产生形变时，外表会产生电荷，外力撤销后，又回到不带电形时，外表

27、会产生电荷，外力撤销后，又回到不带电形状，这种景象称为压电效应。状，这种景象称为压电效应。v当作用力方向改动时，电荷极性随之改动，把这种机当作用力方向改动时，电荷极性随之改动，把这种机械能转化为电能的景象，称为械能转化为电能的景象，称为“正压电效应，反之，正压电效应，反之，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质会产生几当在电介质极化方向施加电场，这些电介质会产生几何变形，这种景象称为何变形，这种景象称为“逆压电效应。逆压电效应。 3.2.1 压电效应与压电传感器压电效应与压电传感器v 2. 2. 压电传感器压电传感器v 压电式传感器的根本原理就是利用压电资料的压电效应压电式传感器的根本原理就是

28、利用压电资料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷( (或电压或电压) )输出。输出。（a）（b）图3-19 压电元件组合接法 3.2.4压电传感器主要技术目的压电传感器主要技术目的 1 1量程：量程： 压电式压力传感器的量程是指在给定精度压电式压力传感器的量程是指在给定精度内，传感器所测物理量的上、下限。压电传感器的精内，传感器所测物理量的上、下限。压电传感器的精度与量程是相互关联的，即同一传感器，所规定的测度与量程是相互关联的，即同一传感器，所规定的测试精度不同，其量程范围也是不同的。试精度不同，其量程范围也是不同

29、的。 2 2灵敏度：压电式压力传感器的灵敏度定义为输出灵敏度：压电式压力传感器的灵敏度定义为输出量与被测物理量的比值，即量与被测物理量的比值，即 3 3绝缘电阻：假设传感器没有足够高的绝缘电阻，绝缘电阻：假设传感器没有足够高的绝缘电阻，压电转换元件产生的电荷将经过它迅速泄露，给丈量压电转换元件产生的电荷将经过它迅速泄露，给丈量带来误差。通常要求压电传感器绝缘电阻不低于带来误差。通常要求压电传感器绝缘电阻不低于1010 1010 QQKp3.2.4压电传感器主要技术目的压电传感器主要技术目的v 4谐振频率：按输入方式不同，传感器的振动可以谐振频率：按输入方式不同，传感器的振动可以是受迫振动或衰减

30、振动。在受迫振动时，当被测信号是受迫振动或衰减振动。在受迫振动时，当被测信号频率与传感器固有频率一样时，传感器那么发生共振。频率与传感器固有频率一样时，传感器那么发生共振。衰减振动时，传感器的有阻尼谐振频率为：衰减振动时，传感器的有阻尼谐振频率为：2212nfcnkm式中，k为组合刚度； m为质量； c为阻尼系数。3.2.4压电传感器主要技术目的压电传感器主要技术目的v 5 5非线性：压电式压力传感器的输出特性曲线普通非线性：压电式压力传感器的输出特性曲线普通为上翘、下翘甚至为上翘、下翘甚至S S型。型。v 6 6滞后迟滞：由于石英晶体本身滞后极小，所滞后迟滞：由于石英晶体本身滞后极小，所以优

31、质压电式传感器滞后极小。滞后严重的传感器不以优质压电式传感器滞后极小。滞后严重的传感器不能用于动态参数丈量。能用于动态参数丈量。3.2.5压电传感器的运用压电传感器的运用v 1.1.用压电式测力传感器丈量激振力用压电式测力传感器丈量激振力力传感器激振器压电加速度传感器试件多路电荷放大器数据处理机图3-23 测力传感器丈量振动台激振力测试系统 3.2.5压电传感器的运用压电传感器的运用v 2. 2. 大型发电机组的振动监测大型发电机组的振动监测图3-24为电厂设备振动监测表示图。监测用压电加速度传感器多项选择用XYZ三向传感器，可丈量一点空间各方向上的振动。一台3105kW的汽轮发电机组的监测点

32、至少需求30多个。汽轮机发电机励磁机轴承轴承压电加速度传感器压电加速度传感器汽轮发电机组信号采集装置 图3-24 发电厂设备振动监测表示图3.3差动变压器式传感器差动变压器式传感器v 变压器式传感器就是指互感系数可变的变压器。当变压器初级线圈加上鼓励电源后，变压器的次级线圈将感应产生输出电压。当互感发生变化时，输出电压将随之做相应的变化。普通情况这种传感器的二次侧线圈有两个，且都采用差动方式衔接，因此，常称之为差动变压器式传感器。 v 差动变压器式传感器有如下优点：v 分辨力高，线位移分辨力可达0.1mv 灵敏度高，每mm位移量输出信号电压可到达几Vv 线性好，反复性好，高精度差动变压器线性到

33、达0.1v 丈量范围宽，可测位移量为25nm500mm3.3.1 差动变压器任务原理差动变压器任务原理aMbMU1iscU1L2aL2bL1r2ar2br2ae2be(a)(b)绝缘框架磁桶活动衔铁1N2aN2bN图3-25 差动变压器的构造及等效电路 3.3.2 差动变压器主要特性差动变压器主要特性v 1. 1. 灵敏度灵敏度: :差动变压器的灵敏度是指差动变压器差动变压器的灵敏度是指差动变压器, ,在单位电压励在单位电压励磁下，铁芯挪动一单位间隔时的输出电压，以磁下，铁芯挪动一单位间隔时的输出电压，以mV/mV/mmmmV V表表示。普通差动变压器灵敏度可达示。普通差动变压器灵敏度可达10

34、01005000mV/5000mV/mmmmV V。v 2. 2. 频率特性频率特性: :差动变压器的激磁频率对其灵敏度、线性都有影差动变压器的激磁频率对其灵敏度、线性都有影响，因此恰当地选择激磁频率是很重要的。差动变压器的激磁响，因此恰当地选择激磁频率是很重要的。差动变压器的激磁频率普通以频率普通以50Hz50Hz10kHz10kHz较为适当。频率太低时差动变压器的灵较为适当。频率太低时差动变压器的灵敏度显著降低，温度误差和频率误差添加。但频率太高，前述敏度显著降低，温度误差和频率误差添加。但频率太高，前述的理想差动变压器的假定条件不能成立，由于随着频率的添加，的理想差动变压器的假定条件不能

35、成立，由于随着频率的添加，铁损和耦合电容等的影响也添加了。因此详细运用时，应在铁损和耦合电容等的影响也添加了。因此详细运用时，应在400Hz400Hz到到5kHz5kHz的范围内选择。的范围内选择。v 3.3.线性范围线性范围: :差动变压器的线性范围普通为差动变压器的线性范围普通为2.52.5500 mm500 mm，在，在这个范围内，线性度可达这个范围内，线性度可达0.10.10.50.5。3.3.3差动变压器误差及补偿差动变压器误差及补偿v 1. 零位误差零位误差: 当差动变压器衔铁位于中间平衡位置时，实际上当差动变压器衔铁位于中间平衡位置时，实际上差动输出电压应该差动输出电压应该 等于

36、零。但实践上其输出电压并不为零，等于零。但实践上其输出电压并不为零，该电压就被称为零点剩余电压。零点剩余电压普通为几毫伏到该电压就被称为零点剩余电压。零点剩余电压普通为几毫伏到几十毫伏。由于零点剩余电压的存在，呵斥零位误差。零点剩几十毫伏。由于零点剩余电压的存在，呵斥零位误差。零点剩余电压的存在使传感器输出特性在零点附近不灵敏，限制了传余电压的存在使传感器输出特性在零点附近不灵敏，限制了传感器分辨率的提高。零点电压过大，会使放大器饱和，使仪器感器分辨率的提高。零点电压过大，会使放大器饱和，使仪器无法正常任务。无法正常任务。3.3.3差动变压器误差及补偿差动变压器误差及补偿v 2. 温度误差温度

37、误差v 温度影响差动变压器丈量精度，其中影响最大的是初级线圈温度影响差动变压器丈量精度，其中影响最大的是初级线圈电阻的温度系数。当温度变化时，初级线圈的电阻变化引起初电阻的温度系数。当温度变化时，初级线圈的电阻变化引起初级激磁电流的变化，从而呵斥次级电压随温度而变化。级激磁电流的变化，从而呵斥次级电压随温度而变化。v 减少温度呵斥的误差可以经过稳定鼓励电流的方法来实现，减少温度呵斥的误差可以经过稳定鼓励电流的方法来实现，即控制鼓励电流不随温度变化。有两种稳定鼓励电流的方法，即控制鼓励电流不随温度变化。有两种稳定鼓励电流的方法，一种是采用恒流源鼓励替代恒压源鼓励；另一种方法是在运用一种是采用恒流

38、源鼓励替代恒压源鼓励；另一种方法是在运用稳压源的初级回路中串联一个热敏电阻，利用热敏电阻随温度稳压源的初级回路中串联一个热敏电阻，利用热敏电阻随温度变化的方向与一次变化的方向与一次 线圈电阻的变化方向相反来消除温度对鼓励线圈电阻的变化方向相反来消除温度对鼓励电流的影响。电流的影响。 3.3.3差动变压器误差及补偿差动变压器误差及补偿v 图3-28所示为利用初级串联电阻稳定鼓励电流，到达温度补偿目的的电路。在初级串入一高阻值降压电阻R，或同时串入一热敏电阻RT进展补偿。适中选择RT，可使温度变化时原边总电阻近似不变，从而使鼓励电流坚持恒定。 uiu0RTR图3-28 温度补偿电路 3.3.4 差

39、动变压器丈量电路差动变压器丈量电路v2. 直流差动变压器电路TC1C2多谐振荡器ER1R2R3R4RLC1C23.3.4 差动变压器丈量电路差动变压器丈量电路v3. 相敏检波电路v1分立元件相敏检波电路R1R2C1ABCDT1T2e12RP1D1D2D3D4C2eperere11i1i3i2i4UOes3.4 集成压力传感器集成压力传感器 v 3.4.13.4.1集成硅压力传感器集成硅压力传感器v 1. MPX1. MPX系列任务原理系列任务原理v 1 1根本无补偿型硅压力传感器根本无补偿型硅压力传感器3脚1脚2脚4脚+VSGND+Vout-Vout3.4 集成压力传感器集成压力传感器表3-3

40、 MPX100系列硅压力传感器主要技术参数参数最小值典型值最大值单位压力范围010kPa电源电压3.06.0Vdc满量程输出电压456090mV零位偏向电压02035mV灵敏度0.6mV/ kPa线性度-2.5+2.5FSS压力迟滞-0.1+0.1FSS满量程温度系数-0.22-0.19-0.16/电阻温度系数0.210.240.27/输入阻抗400550输出阻抗7501875呼应时间1.0ms3.4 集成压力传感器集成压力传感器v 2 2温度补偿和校正型硅压力传感器温度补偿和校正型硅压力传感器3脚1脚2脚4脚+VSGND+Vout-VoutX型压力传感器RS1RpRS2R1R2Roff1Ro

41、ff23.4 集成压力传感器集成压力传感器v3全信号调理型硅压力传感器第 二 级放 大 器 及模 拟 电 压输 出 电 路SUGNDOU传感器单元第 一 级放 大 器 及温 度 补 偿电 路 部 分 图图3-42 MPX5100A3-42 MPX5100A的内部电路框图的内部电路框图 3.4 集成压力传感器集成压力传感器v 2. 2. 运用电路运用电路v 1 1水位监视电路设计水位监视电路设计+-+-R8UOUT+-A2+-A3+Vcc-VccA1A4R1R2R3R4R5R6R710k10k1k1k500k500kVAVBVC123410103.4 集成压力传感器集成压力传感器v 2 2压力变

42、送器压力变送器+-XTR101891210114563121471D1 456N6.4/0.5VmA1VT2D1 4002N1R75039502R3R4R100k1M420mA输出MPX7100DP1k1C0.01 f1RP2RP2mA3.4 集成压力传感器集成压力传感器v 3压力开关+-A2+VccA1R1R2R410k1234+-+A3R3R5R6R7R8R9R1012k20k10k5.1k10k100压力传感器20k100VVoff+Vcc+Vcc+VccVoutVT1R11121k3.4.2 智能压力传感器。智能压力传感器。v 随着计算机及微处置技术的不断开展，微处置器技术曾经被引入到

43、传感器，使传感器的性能得到了极大地提高，可以实现很多过去所不能完成的功能，从而培育了新一代智能传感器。 v 1. ST-3000系列智能压力传感器v 2. PPT系列智能压力传感器3.5 压磁式传感器压磁式传感器v 压磁式传感器也称磁弹性传感器是一种压力传感器。它的作用原理是建立在磁弹性效应的根底上，即利用这种传感器将作用力变换成传感器导磁率的变化，并经过导磁率的变化输出相应变化的电信号。v 压磁式传感器有以下优点：v 输出功率大，信号强；v 构造简单，结实可靠；v 抗干扰性能好，过载才干强；v 便于制造，工艺简单，本钱低；v 压磁式压力传感器既适于静态，又动态力丈量；v 与压电式传感器相比，信号放大电路简单，无需电荷放大器，无需特殊的同轴电缆，只用普通导线即可；v 电阻应变式传感器相比，无需粘贴，安装方法简单。3.5.1压磁传感器任务原理压磁传感器任务原理1234传力钢球弹性机架压磁元件1234ABCDAABBCCDDF(a)(b)(c