现代测试技术课件

1、 电阻应变式传感器是将电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值被测的非电量转换成电阻值的变化，的变化，再经转换电路变换成电量再经转换电路变换成电量( (电流、电压电流、电压) )输出。输出。 电阻应变式传感器也是电阻应变式传感器也是应用最广泛应用最广泛的传感器，可用于应变力、的传感器，可用于应变力、压力、转矩、位移、加速度。据统计日本力传感器中应变片压力、转矩、位移、加速度。据统计日本力传感器中应变片占占70%，美国占，美国占90%。 测力范围：测力范围：小到肌肉纤维（小到肌肉纤维（510-5N)，大到登月火箭，大到登月火箭(5107N)； 精确度：精确度：在在0.010.1%，有，有10

2、年以上的校准稳定性年以上的校准稳定性。F 应变式传感器主要特征应变式传感器主要特征 有不同材料类型，金属应变片、半导体应变片有不同材料类型，金属应变片、半导体应变片; ; 优点，结构简单、精度高、范围大体积小；优点，结构简单、精度高、范围大体积小； 缺点，电阻、半导体会随温度变化。缺点，电阻、半导体会随温度变化。广泛应用于各种广泛应用于各种衡器衡器和和应变应变测测量量1） 用于各种电子秤用于各种电子秤电电子子天天平平吊秤吊秤遥遥动动遥遥控控吊吊秤秤液液压压叉叉车车秤秤电子皮带秤电子皮带秤行李秤行李秤钢包电子秤钢包电子秤行车电子秤行车电子秤防爆汽车衡防爆汽车衡给料秤给料秤机机械械秤秤包包装装机机

3、动动态态电电子子秤秤自动称重给料机自动称重给料机给料斗秤给料斗秤称重包装机称重包装机定量包装机定量包装机灌装机灌装机2）用于应变仪）用于应变仪 全自动应力、应变实时监测仪全自动应力、应变实时监测仪动态动态监测各种监测各种工件工件施工中的施工中的应变、应力、载荷或合成应应变、应力、载荷或合成应力；力；可可检测振动检测振动时效果。时效果。可可静态静态地测量地测量内应力、接触应力，内应力、接触应力，如焊接如焊接件、铸件、锻件、水坝、岩石、混凝土内件、铸件、锻件、水坝、岩石、混凝土内的内应力；焊接、铸造、机加工、热加工、的内应力；焊接、铸造、机加工、热加工、锻造、冷凝、体变等残余接触应力；锻造、冷凝、

4、体变等残余接触应力； 用于各种用于各种弹性固体材料、构建弹性固体材料、构建的的应变测量、应力检测及监应变测量、应力检测及监测，测，如：钢结构、合金件、机床、大坝体、隧道、桥梁、如：钢结构、合金件、机床、大坝体、隧道、桥梁、高楼、建筑、土建、管道、输水管、岩石、地震、船舶、高楼、建筑、土建、管道、输水管、岩石、地震、船舶、海洋平台、油井、小堤坝、电缆、锅炉海洋平台、油井、小堤坝、电缆、锅炉，上海卢浦大桥通车应变试验上海卢浦大桥通车应变试验上海国际会议中心模型试验上海国际会议中心模型试验打桩船吊塔打桩船吊塔 强度试验强度试验金属丝式应变片结构金属丝式应变片结构金属箔式应变片结构金属箔式应变片结构1

5、敏感元件 2、4基底 3引线应变片组成应变片组成 应变片结构应变片结构单体型半导体应变片单体型半导体应变片F 半导体应变片结构半导体应变片结构温度传感器温度传感器扩散电阻扩散电阻硅膜片硅膜片硅片硅片基片基片集成式应变传感器集成式应变传感器lRSRlSRlS2srsrll611 10/mm mm 应变单位： / (/r rl l 径向）（轴向）在弹性范围内金属丝受拉时，在弹性范围内金属丝受拉时，轴向应变轴向应变和和径向应变径向应变的关系，的关系，负号表示应变受力方向相反负号表示应变受力方向相反RlSRlS12RR0/1 2R Rk RlSRlS/(12)0/12k 弹性元件在应变片测量技术中占有

6、极其重要的地位，首先弹性元件在应变片测量技术中占有极其重要的地位，首先把把力力、力矩力矩或或压力压力变换成相应的变换成相应的应变或位移应变或位移，然后传递给，然后传递给粘贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压粘贴在弹性元件上的应变片，通过应变片将力、力矩或压力转换成相应的电阻值。力转换成相应的电阻值。物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为这种变形称为弹性变形弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹具有弹性变形特性

7、的物体称为弹性元件。性元件。3. 3. 弹性敏感元件弹性敏感元件常用弹性元件的结构和特性常用弹性元件的结构和特性a） 刚度刚度刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度，刚度是弹性元件受外力作用下变形大小的量度，其定义是其定义是弹性元件单位变形下所需要的力弹性元件单位变形下所需要的力，用，用C C 表示，其数学表达式为表示，其数学表达式为 3. 3. 弹性敏感元件弹性敏感元件dxdFxFC lim式中式中: : F F 作用在弹性元件上的外力，单位为牛顿（作用在弹性元件上的外力，单位为牛顿（N N）；）； x x 弹性元件所产生的变形，单位为毫米（弹性元件所产生的变形，单位为毫米（mmmm）。）

8、。通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用称为弹性元件的灵敏度，一般用S S 表示，表示，其表达式为其表达式为 3. 3. 弹性敏感元件弹性敏感元件 从上式可以看出，从上式可以看出，灵敏度是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。如果弹性特性是线性的，则灵敏灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。如果弹性特性是线性的，则灵敏度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变量，即表示此弹度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变量，即表示此弹性元件在弹性变形范

9、围内，各处由单位力产生的变形大小是不同的性元件在弹性变形范围内，各处由单位力产生的变形大小是不同的.dFdxCS1OFA1230 x弹性特性曲线弹性特性曲线 b） 灵敏度灵敏度各种形式的金属各种形式的金属式电阻应变片式电阻应变片 金属式金属式电阻应变片常见的有电阻应变片常见的有丝式丝式、箔式箔式、薄膜型薄膜型 按材料分为按材料分为 体型体型 丝式、箔式丝式、箔式 金属式：金属式： 薄膜型薄膜型 半导体式：半导体式：体型体型、薄膜型、扩散型、外延型、薄膜型、扩散型、外延型、PNPN结型结型 按结构分：单片、双片、特殊形状按结构分：单片、双片、特殊形状 按使用环境：高温、低温、高压、磁场、水下按使

10、用环境：高温、低温、高压、磁场、水下 金属丝式金属丝式 敏感栅用敏感栅用0.025mm0.025mm金属丝（康铜、贵金属）；金属丝（康铜、贵金属）； 金属箔式金属箔式 通过照相制版，光刻腐蚀工艺作成金属薄栅，通过照相制版，光刻腐蚀工艺作成金属薄栅， 厚度在厚度在0.0030.0030.01mm0.01mm，敏感栅截面为矩形，敏感栅截面为矩形， 可通过大电流，工艺适于批量生产；可通过大电流，工艺适于批量生产； 金属薄膜型金属薄膜型采用真空技术，在基片上蒸镀金属薄膜，采用真空技术，在基片上蒸镀金属薄膜， 厚度为纳米级。厚度为纳米级。 半导体半导体式式：体型体型、薄膜型、扩散型、外延型、薄膜型、扩散

11、型、外延型、PNPN结型结型体型半导体电阻应变片体型半导体电阻应变片 应变片温度误差。应变片温度误差。 已知电阻丝阻值与温度关系为已知电阻丝阻值与温度关系为0001tttRRtRRtF 环境温度变化环境温度变化t 时，电阻丝的电阻变化为时，电阻丝的电阻变化为100tttRRRRt式中：式中：R0 是温度为是温度为t0 时的金属丝电阻值；时的金属丝电阻值；是是20tgsRR ktF 因试件随温度变化使应变片电阻产生因试件随温度变化使应变片电阻产生 附加形变造成的电阻变化附加形变造成的电阻变化F 温度变化温度变化t 时引起总的电阻变化为时引起总的电阻变化为Rt1200ttttgsRRRRtR kt

12、 式中：式中：k 为应变片灵敏系数为应变片灵敏系数; t 电阻温度系数电阻温度系数; g 试件膨胀系数，试件膨胀系数，s 电阻丝膨胀系数。电阻丝膨胀系数。 根据电阻丝阻值与温度关系：根据电阻丝阻值与温度关系：v 因环境温度改变引起的附加电阻变化与以下内容有关因环境温度改变引起的附加电阻变化与以下内容有关: : 环境温度变化环境温度变化t； 应变片本身的性能参数应变片本身的性能参数应变片灵敏度应变片灵敏度 k ； 电阻丝温度系数电阻丝温度系数t 、试件参数、试件参数g；电阻丝膨胀系数；电阻丝膨胀系数s 。0/ttgsRRtkt 0/tttgsRRttkk 折合成应变量折合成应变量 （温度变化引起

13、）温度变化引起）tgsk g gt t，s s、g g 抵消抵消ttgsttk013B4U =A(R R -R R )如果如果 R1R3 = RBR4，电桥平衡时输出为零；，电桥平衡时输出为零；若若R1、RB温度系数相同，当无应变而温度温度系数相同，当无应变而温度 变化时变化时R1 = RB ，电桥为平衡状态；，电桥为平衡状态；当有应变时，当有应变时，R1有增量有增量R1，R1=R1k0 补偿片无变化，补偿片无变化，RB = 0； 电桥输出为电桥输出为 U0 R1R3 k0 可见此时电桥的输出电压与温度无关可见此时电桥的输出电压与温度无关 R R1 1应变片，应变片，R RB B补偿片补偿片

14、直流电桥的平衡条件直流电桥的平衡条件 314231012341234()()RR RR RRUEERRRRRRRR1423R RR R1234/RRRR电桥平衡时电桥平衡时: I0 = 0 ，U0 = 0 要满足电桥平衡条件，必须有要满足电桥平衡条件，必须有对比积相等对比积相等，邻臂比相等邻臂比相等当负载当负载 RL（放大器的输入阻抗比桥路阻抗大的多，放大器的输入阻抗比桥路阻抗大的多，可视为开路可视为开路）电桥输出电压为：）电桥输出电压为： 设设R1为应变片，应变时为应变片，应变时R1变化量为变化量为R1 ， 应变片阻值变化电桥失衡，不平衡输出电压为应变片阻值变化电桥失衡，不平衡输出电压为31

15、1011234RRRUERRRRR 4311112143(/)(/)(1/) 1/RRRRERRRRRR 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度R121unKEnF 电桥输出的电桥输出的电压灵敏度电压灵敏度为为 10211RnUERn 电桥输出电压可近似为电桥输出电压可近似为11RR11/RR，忽略分母中，忽略分母中 由于由于 设桥臂比设桥臂比21/nRR 考虑平衡条件考虑平衡条件2143/RRRR43110112143(/)(/)(1/) 1/RRRRUERRRRRR 对于对于 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度11011(/)(1/) 1nRRUERRnn 电桥电压灵敏度电桥电压灵敏度大，电桥输出电压越大

16、，大，电桥输出电压越大， Ku 与电桥电源与电桥电源 E 成正比，但供电受应变片允许功耗限制；成正比，但供电受应变片允许功耗限制； 2. Ku 是桥臂比是桥臂比n的函数，恰当选择桥臂比可提高电压灵敏度；的函数，恰当选择桥臂比可提高电压灵敏度； 显然显然 n=1、R1=R2、R3=R4 时时 Ku 有最大值。有最大值。 4. 单臂工作片的单臂工作片的电桥输出电压电桥输出电压及及电压灵敏度电压灵敏度分别为分别为21unKEn2410(1)udKndnn104REUR4uEK01uRUKR等臂电桥等臂电桥 n =1=1时时112LRR 11011(/)(1/)(1)RRnUEnRRn 实际输出值为实

17、际输出值为0011011/1/LUURRUnRR 非线性误差非线性误差11RR11/RR，忽略了分母中忽略了分母中前面计算中设前面计算中设1111/1/212LRRRR将分母按幂级数展开，略去高阶量近似得到单桥非线性误差将分母按幂级数展开，略去高阶量近似得到单桥非线性误差 对对金属电阻丝应变片金属电阻丝应变片，因灵敏系数，因灵敏系数 k0 主要由主要由几何尺寸几何尺寸引起的，引起的， R 非常小，电桥非线性误差可以忽略。非常小，电桥非线性误差可以忽略。 对于对于半导体应变片半导体应变片，灵敏度系数，灵敏度系数k0 主要由主要由电阻率变化电阻率变化引起的，引起的， 应变时电阻率应变时电阻率R/R

18、 变化变化 很大，非线性误差不能忽略。很大，非线性误差不能忽略。例：金属应变片例：金属应变片 半导体应变片半导体应变片6%L0130k 0.001/0.13R R11/ 2LRR /0.01R Rk02k 0.5%L0.005由式由式 可见，非线性误差与可见，非线性误差与R1/R1成正比成正比 实际电路中非线性误差总是存在实际电路中非线性误差总是存在的，为减小非线性误差，常采用的，为减小非线性误差，常采用差动电桥差动电桥。 在试件上安装两个工作片，分别在试件上安装两个工作片，分别接在电桥的相邻两个臂，当有作接在电桥的相邻两个臂，当有作用力用力F F 时一个受拉、一个受压。时一个受拉、一个受压。

19、3110112234RRRUERRRRRR 电桥的输出电压为电桥的输出电压为2uEKq 半桥电路半桥电路电压输出和电压输出和电压灵敏度分别电压灵敏度分别为为半桥电路讨论：半桥电路讨论： 1. 输出电压输出电压U0 与与R/R呈线性关系，无非线性误差；呈线性关系，无非线性误差； 2. 半桥电路（两工作片）电压灵敏度半桥电路（两工作片）电压灵敏度Ku是单臂电桥的两倍；是单臂电桥的两倍； 3. 同时电路具有温度补偿作用。同时电路具有温度补偿作用。02ERUR12RRR F 按等臂电桥：按等臂电桥：1234RRRRR3110112234RRRUERRRRRRr全桥电路的电压输出和电压全桥电路的电压输出

20、和电压灵敏度分别为灵敏度分别为101RUERuKE 全桥输出电压灵敏度是单桥的全桥输出电压灵敏度是单桥的4 4倍，倍， 没有非线性误差。没有非线性误差。将电桥四个桥臂按照将电桥四个桥臂按照对臂同性对臂同性、 邻臂异性邻臂异性原则连接四个应变片原则连接四个应变片 并且有：并且有：R1=R2=R3=R43311011223344RRRRUERRRRRRRR2uEKuKE4uEK0uRUKR142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ1234ZZZZ、式中：式中：x 电抗、电抗、r 电阻、电阻、Z 复数的模、复数的模、 幅角幅角 用指数形式代入得到交流电桥平衡条件，需满足两个方程式：用指数形式

21、代入得到交流电桥平衡条件，需满足两个方程式： 对臂对臂复数的复数的模积相等模积相等，幅角之和相等幅角之和相等。1423| |ZZZZ142314230Z ZZ Z1234/ZZZZjZrjxZ e1234ZZZZ1Z已知已知 忽略分母项忽略分母项交流交流半桥半桥输出：输出： 10114ZUUZ012ZUUZ& 交流交流单桥单桥输出：输出： 11111RZj RC11211(1)RZj RC其中其中, Z1=R1 / XC143110112143(/) (/)(1/) (1/)ZZZZUUZZZZZZ 交流电桥输出：交流电桥输出：02UZUZ1423R RR R2211R CR C022

22、222211212RUCUUjRR CRR C11111RZj RC11211(1)RZj RC022222211212R UCUUjRR CRR C10114ZUUZ04URUR1RZj R C1423R RR R2211R CRC 交流电桥交流电桥，可以，可以测量测量20-200Hz20-200Hz频率的频率的应变力，输出调幅调制波；应变力，输出调幅调制波；振荡器振荡器，产生产生400-2000Hz400-2000Hz等幅正弦波等幅正弦波提供桥压和相敏检波器参考电压；提供桥压和相敏检波器参考电压；差动放大器，差动放大器，将电桥输出信号放大将电桥输出信号放大, ,调调幅波的负应变信号反向输出

23、幅波的负应变信号反向输出; ;相敏检波器相敏检波器，区分正负双向信号；区分正负双向信号；低通滤波器低通滤波器去掉高频保留低频应变信去掉高频保留低频应变信号号, ,还原被检测的信号。还原被检测的信号。相移器相移器，相敏检波器的参考信号与被相敏检波器的参考信号与被测信号有严格的相位关系测信号有严格的相位关系, ,相敏检波电相敏检波电路要求路要求相位可调，由相移电路完成。相位可调，由相移电路完成。相相 移移 相移相移 频域积分频域积分( (由加速度计算速度、位移由加速度计算速度、位移) )、 频域微分频域微分( (由位移计算速度、加速度由位移计算速度、加速度) ) （1）应变仪）应变仪F 应变仪主要

24、应变仪主要特性参数：特性参数：1.1. 测量通道：测量通道：8 8通道通道，可多模块组合，可多模块组合2.2. 测量范围：测量范围：30000300003.3. 测量精度：测量精度：1.51.54.4. 扫描率高于扫描率高于1 1次次/ /秒秒5.5. 支持多种桥路接入方式：支持多种桥路接入方式：1/41/4桥、桥、半桥、全桥（半桥、全桥（4 4线、线、6 6线）线）6.6. 应变片类型：应变片类型：1201201k1k7.7. 应变系数：应变系数：1.801.802.202.208.8. 采样率可设置为每通道采样率可设置为每通道1010次次/ /秒到秒到几天采集一次几天采集一次9.9. 实时

25、显示当前数据和所设置的参数实时显示当前数据和所设置的参数10.10. 2 28MByte8MByte非易失性存储器，用于非易失性存储器，用于存储测量数据存储测量数据. . 采集模块采集模块因系统而定因系统而定采集标定模块采集标定模块基本分析模块基本分析模块模态参数识别模块模态参数识别模块锤击振动模块锤击振动模块生成地震波模块生成地震波模块小波分析模块小波分析模块桥梁索力测试模块桥梁索力测试模块摆度监测模块摆度监测模块动态应变采集分析系统动态应变采集分析系统 地震仪测地应力、作用力大小；地震仪测地应力、作用力大小；用多个测点，根据用多个测点，根据P波、波、S波的传播波的传播速度，计算震中和震源深

26、度速度，计算震中和震源深度 ：自功率谱、互功率：自功率谱、互功率谱、正富氏变换、逆富氏变换、谱、正富氏变换、逆富氏变换、相干函数、传递函数相干函数、传递函数(频响函数频响函数)、自相关、互相关、计算反应谱。自相关、互相关、计算反应谱。 桥梁固有频率测量电路桥梁固有频率测量电路直流电桥直流电桥频率计频率计 lFlESE F=100103N量程量程 BLR-1型测拉力、型测拉力、BHR型测荷重传感器型测荷重传感器;火箭发动机实验台架都采用空心火箭发动机实验台架都采用空心圆柱结构。圆柱结构。 012RUER v 等截面梁等截面梁 悬臂梁的横截面积处处相等，所以称等截面梁。悬臂梁的横截面积处处相等，所

27、以称等截面梁。 当外力当外力F F 作用在梁的自由端时，固定端产生的应变最大，作用在梁的自由端时，固定端产生的应变最大， 粘贴在应变片处的应变为：粘贴在应变片处的应变为：0l等截面等截面梁、梁、 026Flbh Ev 等截面梁等截面梁 26Flbh El 各种形式的应变梁应用于不同场合各种形式的应变梁应用于不同场合 各种平行双孔梁各种平行双孔梁 电电子子台台秤秤 桥式力传感器桥式力传感器扭力传感器扭力传感器利用单片机可利用单片机可进行数字处理进行数字处理R1 R20.58 R3 R422223(1)(3)8rprxEh22223(1)()8tprxEhR1 R20.58R3 R422maxma

28、x23 (1)8rtprEh22minmax23 (1)24rrprEh /30.58xrrR1 R20.58R3 R4壳体壳体机座机座aFR1R2m充满硅油 Fma2266FLmLaEbhEbh26mLEbh梁确定后为常数aA/D转转换换显显示示驱驱动动放大放大LED显示器显示器数字电子秤系统框图数字电子秤系统框图整体原理图整体原理图电电 源源交流双69V输入传感器电路传感器电路+5-5OUT调零电位器放大电路放大电路放大倍数调节电位器差分放大级传感器信号输入传感器信号输入IC1IC2IC3注：运放采用LM324IC1、IC2组成同相并联差动放大器，提高输入阻抗。组成同相并联差动放大器，提高

29、输入阻抗。IC3 组成基本差动放大器组成基本差动放大器 半导体电阻应变片半导体电阻应变片00/12/,12RkkR 灵敏系数：lleeRR iavN-载流子数目 , -平均迁移率ERR1iaveN2m N-11 =（40 80）10/0100(12 )12100EkE 因为50，50应变应变1121.6710/ENmE 气压气压 P 高压腔高压腔空气空气硅膜片硅膜片低压腔低压腔硅杯硅杯温度温度传感器传感器扩散扩散电阻电阻硅硅膜膜片片 MPX压力传感器引脚与封装压力传感器引脚与封装温度补偿温度补偿第一级放大第一级放大第二级放大第二级放大模拟输出模拟输出MPX压力传感器引脚压力传感器引脚与输出特性

30、与输出特性MPX4100A压力传感器检测电路原理压力传感器检测电路原理 F LM3914 集成电路内部电路集成电路内部电路 LED显示驱动器显示驱动器 条形条形LEDLED器件封装器件封装德国西门子压力变送器产品特点：德国西门子压力变送器产品特点：无需手操器无需手操器!强大的自诊断功能强大的自诊断功能!压力变送器压力变送器差压变送器差压变送器硅晶片技术硅晶片技术!SITRANS P - DSIII 系列系列现场应用现场应用西门子压力变送器用于西门子压力变送器用于石油油罐及管道压力测量石油油罐及管道压力测量压压力力变变送送器器SITRANS P 测量原理测量原理 膜片式压力传感器测量原理膜片式压

31、力传感器测量原理外加压力作用到隔离膜外加压力作用到隔离膜片上，膜片片上，膜片变形变形硅油硅油( (或其他惰性液体或其他惰性液体) )将压力传导将压力传导到传感器中硅晶片（应变片）上到传感器中硅晶片（应变片）上硅晶片桥式电路中的硅晶片桥式电路中的4 4个应变片电阻个应变片电阻阻值相应改变，即电桥输出电压与阻值相应改变，即电桥输出电压与外加压力成正比外加压力成正比单端过载时，隔离膜片靠在基座上单端过载时，隔离膜片靠在基座上中央中央隔离膜片隔离膜片提高了抗过载能力提高了抗过载能力压力测量元件压力测量元件差压测量元件差压测量元件隔离膜片隔离膜片中央膜片中央膜片传感器传感器应变传感器应变传感器SITRA

32、NS P 传感器传感器传感器传感器 1 20 60 250 600 1.600 5.000 30.000mbar mbar mbar mbar mbar mbar mbar mbar温度传感器温度传感器压电电阻压电电阻硅膜片硅膜片硅安装板硅安装板刚性管刚性管P硅膜片硅膜片传感器传感器 SITRANS P 各种材质满足多数应用各种材质满足多数应用成功应用于石油、化工、成功应用于石油、化工、冶金、电力、矿山、水泥、冶金、电力、矿山、水泥、制药、食品饮料、造纸、制药、食品饮料、造纸、污水处理、市政等行业。污水处理、市政等行业。不锈钢材质适用于不锈钢材质适用于80%以以上的介质上的介质哈氏合金哈氏合金

33、 C 276适用于氯适用于氯乙酸、蚁酸、丙酮等乙酸、蚁酸、丙酮等SITRANS P测量元件可测量元件可选用特殊材质以适用各选用特殊材质以适用各种严酷工况和介质种严酷工况和介质蒙乃尔合金蒙乃尔合金适用于氟化适用于氟化物、氰化物、海水等物、氰化物、海水等钽钽适适用于用于氯化磷、氯化氯化磷、氯化钠、盐酸钠、盐酸等等金适用金适用于氢气于氢气不锈钢不锈钢哈氏合金哈氏合金蒙乃尔蒙乃尔钽钽金金 产品特点产品特点用手指就能设定参数用手指就能设定参数! 危险区域危险区域! 无需额外设备无需额外设备! 轻易的设置常用的功能轻易的设置常用的功能? 为什么还需要为什么还需要.磁感应式就地按键磁感应式就地按键 产品特点

34、产品特点使用使用方便方便 SITRANS P 带带 LCD的操作的操作选择参数选择参数修改设定参数修改设定参数 当前值当前值工作模式工作模式 产品特点产品特点结构结构SITRANS P 结构图结构图 LCD显示器显示器 - HART 通信通信电电路路结结构构框框图图 模模/数数 转换器转换器微处理器微处理器 数数/模模转换器转换器前置前置放大器放大器传感器传感器LCDHART终端终端+按键SITRANS P 带带 LCD的操作的操作模块化结构模块化结构P-Sensor:T-Sensor:VVHART ElectronicsAD16Bit CEEPROMCellT-SensorElectroni

35、csEEPROMElectronicsEMI-ModuleHARTPA/FF ElectronicsAD16Bit CEMI-Module(PA)T-SensorElectronicsEEPROMElectronicsLCD-displayKeypad4.20mAHARTDAProfibus PA HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议

36、。控制室设备之间的通信协议。 HART技术在国外已经十技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议采用基于协议采用基于Bell202标准的标准的FSK频移键控信号，频移键控信号，在低频的在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。在在HART协议通信中主要的变量和控制信息由协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组送，在需要的情况下，另外的测量、过程

37、参数、设备组态、校准、诊断信息通过态、校准、诊断信息通过HART协议访问。协议访问。 HART协议协议SITRANS P - DSIII 系列功能列表系列功能列表 功能菜单 工作模式工作模式功能功能 显示测量值显示测量值 显示工作状态显示工作状态 设定零点设定零点 设定满量程设定满量程 设定阻尼设定阻尼 盲调零点盲调零点(当前值）当前值） 盲调满量程盲调满量程 零点迁移零点迁移 回路检测回路检测 故障输出信号故障输出信号 锁定操作键锁定操作键 线性或平方根特性曲线线性或平方根特性曲线 设定平方根曲线起点设定平方根曲线起点 测量值显示设定测量值显示设定 压力单位压力单位SITRANS P 自诊断

38、功能自诊断功能事件事件故障故障不动作不动作警告警告报警报警通信通信(HART)电流输出电流输出4.20mA例如: 状态例如: 故障电流20,5mA3,84 mASITRANS P - DSIII 系列系列故障诊断故障诊断 传感器破裂传感器破裂 从属指示器从属指示器, 可重新设置可重新设置(记录包括最大和最小下列峰值记录包括最大和最小下列峰值) 压力压力 传感器温度传感器温度 电器模块温度电器模块温度 累记累记工作时间记录仪工作时间记录仪 电路与传感器电路与传感器维护定时器维护定时器 (可参数设定可参数设定) 维护警告维护警告 (通过通过HART提示提示, 可被确认可被确认) 维护报警维护报警

39、(通过通过HART或故障电流提示或故障电流提示) 可被确认可被确认 极限值报警极限值报警,输出相应设定电流输出相应设定电流(响应时间和磁滞特性可参数设定响应时间和磁滞特性可参数设定) 极限值传感器极限值传感器 带事件记数器和比较仪带事件记数器和比较仪 压力超极限值次数压力超极限值次数 校准计时器校准计时器 用于决定变送器要重新校准的时间用于决定变送器要重新校准的时间自诊断功能SITRANS P - DSIII 系列系列故障诊断故障诊断 对下列元器件内数据进行连续周期性监测：对下列元器件内数据进行连续周期性监测： ROM ROM RAM RAM EEPROMs: EEPROMs: 传感器数据传感

40、器数据 电子模块数据电子模块数据 内置测试看门狗功能内置测试看门狗功能 通过看门狗监测软件通过看门狗监测软件 监测周期内的检测点：监测周期内的检测点： 2 2 x x 测量值测量值 1 1 x LCDx LCD 1 x 1 x 传感器温度值传感器温度值 1 1 x x 电子模块温度值电子模块温度值 1 1 x x 线性计算线性计算自诊断功能自诊断功能压力传感器压力传感器/ /变送器基础知识变送器基础知识一、压力的基本概念一、压力的基本概念 1、压强（、压强（Pressure)与压力（与压力（Pressure，force)： 2、压强与压力（、压强与压力（Pressure)的单位：的单位： 压强

41、：帕斯卡（压强：帕斯卡（Pa），压力：牛顿（），压力：牛顿（N）。）。 3、区分客户所说压力与压强。、区分客户所说压力与压强。 4、单位换算：、单位换算： 1bar=1.0 105Pa=100kPa=14.7PSI =0.1MPa=760mmHg=10mH2O 1PSI=6.89KPa，1公斤压力公斤压力=0.98 105Pa=1千克力千克力/厘米厘米2 1inchH2O=250Pa二、压力类型二、压力类型1、绝压（、绝压（Absolute,A),以真空为标准以真空为标准2、表压（、表压（Guage,G)，以当地大气压为标准。，以当地大气压为标准。3、差压（、差压（Differential,D

42、)，测试两端压力差值。，测试两端压力差值。4、密封表压（、密封表压（Vent Guage,VG)，以标准的大气压为标准。，以标准的大气压为标准。压力传感器压力传感器/变送器基础知识变送器基础知识三、压力芯片、压力芯体、压力敏感元件三、压力芯片、压力芯体、压力敏感元件 压力芯片通过压力芯片通过MENSMENS工艺，在硅片上形成工艺，在硅片上形成4 4个可变电阻。个可变电阻。压力传感器压力传感器/变送器基础知识变送器基础知识测试气压的压力芯体、压力敏感元件：测试气压的压力芯体、压力敏感元件： 1、表贴封装、表贴封装 2、双列直插式封装、双列直插式封装 3、TO-8封装封装123压力传感器压力传感器

43、/变送器基础知识变送器基础知识主要应用场合：主要应用场合： 航天航空军工场合，例如：风洞压力测试、涡轮机、航天航空军工场合，例如：风洞压力测试、涡轮机、 叶轮机压力测试，钻井压力测试、高温、低温压力测试叶轮机压力测试，钻井压力测试、高温、低温压力测试4 4、不锈钢封装（测试液压和气压）、不锈钢封装（测试液压和气压）压力传感器压力传感器/变送器基础知识变送器基础知识多功能校验仪多功能校验仪 MC5- - -现场应用（现场应用（1）电阻式电阻式传感器的基本原理，转换电路。了解不同传感器的基本原理，转换电路。了解不同电阻式传感器的结构、性能、灵敏度差别，分别电阻式传感器的结构、性能、灵敏度差别，分别

44、使用在哪些场合；如何通过电阻式传感使用在哪些场合；如何通过电阻式传感 器测量力、器测量力、压力、位移、应变、加速度等非电量参数；压力、位移、应变、加速度等非电量参数；金属箔式应变片：直流单臂、半桥、全桥比较；金属箔式应变片：直流单臂、半桥、全桥比较；应用测量电路，交流全桥应用测量电路，交流全桥, ,相移器、相敏检波器、相移器、相敏检波器、电阻应变仪，电子电阻应变仪，电子 秤。秤。 应变片应变片金属丝拉长，电阻增加，反之减少。金属丝拉长，电阻增加，反之减少。 电桥电路电桥电路平衡条件：平衡条件：R R1 1R R4 4=R=R2 2R R3 3； 用途：求未知电阻值，记录电阻变化率、温度补偿；用

45、途：求未知电阻值，记录电阻变化率、温度补偿； 欧姆定律、基尔霍夫定律：计算电路电压、电流。欧姆定律、基尔霍夫定律：计算电路电压、电流。 应变（力传感器）应变（力传感器）贴在试件上（弹性元件）的应变片贴在试件上（弹性元件）的应变片 的电阻变化率与应变成比例。的电阻变化率与应变成比例。 半导体压力传感器可获得比金属大半导体压力传感器可获得比金属大100倍以上的电阻变倍以上的电阻变 化。化。 利用应变的传感器有荷重、压力、形变、粘度传感器。利用应变的传感器有荷重、压力、形变、粘度传感器。课外作业课外作业1 1、什么是金属应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？金属应变片、什么是金属应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？金属应变片产品灵敏系数称产品