实验 压力传感器特性的研究

附注 电位差计的测量原理及使用方法
H
U H .max
U U0
100%
(3 - 2 - 7)
如图3 - 2 - 5所示为传感器的迟滞特性曲线。
图3 - 2 – 5 传感器的迟滞特性曲线
4) 重复性R 多次重复测量时 , 在同是正行程 (或同是反行程)中对应同一输入量 , 传感器 的输出值也不相同 , 这种差值称为重复差值。全量程中的最大重复差值与满量程 输出值之比称为重复性, 重复性特性如图3 - 2 - 6所示。 重复性R的表达式如下：
实验 压力传感器特性的研究
一、 实验目的 (1) 了解压力传感器的工作原理。 (2) 研究压力传感器的静态特性。 (3) 了解电位差计的工作原理, 熟悉其使用方法。 二、 实验仪器 压力传感器、 电位差计、 稳压电源、 电压表和砝码等。
三、实验原理
1. 应变与压力的关系 电阻应变片是将机械应变转换为电阻阻值的变化。将电阻应变片粘贴在悬臂 梁式弹性体上。常见的悬臂梁形式有等截面梁、等强度悬臂梁、带副梁的悬臂梁 以及双孔、单孔悬臂梁。 如图3-2-1所示是等截面梁结构示意图。弹性体是一端固定,截面积S处处相等 的等截面悬臂梁(S＝bh,宽度为b,厚度为h)。在距载荷F着力点L0的上、下表面, 沿 L方向粘贴有受拉应变片R1、R3和受压应变片R2、R4。粘贴应变片处的应变为
R
U R.max
U U0
100%
(3-2-8)
图 3 - 2 - 6 重复性特性
5) 动态特性(响应) 动态特性是指输入随时间而变化的特性。此时,要求传感器能够随时精确地跟 踪输出量,输出能够按照输入的变化规律而变化,这个过程又称为响应。响应是描述 动态特性的重要参数。 这里不研究该特性。
L
U L.max
U U0
100%
(3 - 2 - 6)
图 3 - 2 - 4 端点线性度特性曲线
3) 迟滞(迟滞误差)H 传感器在正(输入量增加)、反(输入量减少)行程中, 输入-输出曲线不重合的 现象称为迟滞。 也就是说,对应于同一输入量, 它的输出量值有差别。迟滞可用传
感器最大正反差值与满量程输出的百分比来表示:
表3 - 2 - 2 输出电压随工作电压变化数据表(压力不变)
工作电压/V 加压输出 U/mv 减压输出 U/mv 加压输出 U/mv 减压输出 U/mv 加压输出 U/mv 减压输出 U/mv 加压平均 U/mv 减压平均 U/mv
2
3
4
5
6
7
8
9
五、 数据处理 (1) Us一定时,做U～F关系曲线。(分别将加载三次平均, 卸载三次平均, 做两个曲 线。) (2) F一定时,做U～Us关系曲线。(分别将加载三次平均, 卸载三次平均,做两个曲 线。) (3) 用U～F曲线, 测给定物体的质量。
(3-2-4)
这实际上就是传感器输入-输出特性曲线上某点的斜率。非线性传感器各处的灵
U U0 S F F0
(3-2-5)
图 3 - 2 - 3 灵敏度的图解表示
2) 线性度(非线性误差)L
大多数传感器的输入和输出具有比例关系,这种输入、 输出具有线性比例关系的 传感器称为线性传感器。衡量线性传感器线性特性好坏的指标为非线性误差 ,或称线 性度。随着参考直线的性质和引法的不同 , 线性度有多种 , 下面仅介绍端点线性度。 端点线性度特性曲线如图3-2-4所示。将传感器的实际零点和满量程端点连线作为理 论直线, 传感器实际平均输出(正反行程平均)特性曲线对理论直线的最大偏差与传感 器满量程输出的百分比来表示为
四、 实验内容 (1) 按图3-2-7连接电路,图中, PF1为压力传感器, UJ33a为电位差计。 (2) 测量加载力F与输出电压U的关系: 保持工作电压Us为10.0 V。
① 加载砝码,每次1kg,分8次加到8kg,记录每次加载时的输出电压值。
② 加到额定值后 , 开始卸载 , 分 8 次卸完 , 记录每次卸载时的输出电压值。 ③ 重复上述两步骤, 进行三次测量, 将输出电压记录在表3 -2-1中。
f 6 FL0 0 2 Y bh Y
(3-2-1)
图3-2-1 等截面梁结构示意图
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2. 电阻的变化与电压的关系
由于弹性体的应变发生了变化,粘贴在其上的电阻应变片的电阻值也随之发生 变化,受拉的电阻应变片电阻值增大, 而受压的电阻应变片电阻值减小。把四个电 阻应变片组成一个电桥, 这便成为差动电桥, 如图3 - 2 - 2所示。 此时, 电桥的输出电 压U为
R1 R1 R4 R4 U US US R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4
(3 - 2 - 2)
若R1=R2=R3=R4和Δ R1=Δ R2=Δ R3=Δ R4，则有
R1 R1 R1 R1 R1 U US US US 2 R1 2 R1 R1 (3 - 2 - 3)
(3) 测量传感器工作电压Us与输出电压U的关系: 保持加载的砝码为5kg。 ① 调节工作电压Us从1.0V到10.0V,分别记录10次的输出电压值(每次1V)。同样,降 低电压时,分别再记录10次的输出电压值(每次1V)。 ② 重复上述步骤, 进行三次测量, 将输出电压记录在表3 - 2 - 2中。
图 3-2-7 实验电路图
表3 - 2 - 1 输出电压随加载力变化数据表(工作电压不变)
加载力/KG 加载输出 U/mv 卸载输出 U/mv 加载输出 U/mv 卸载输出 U/mv 加载输出 U/mv 卸载输出 U/mv 加载平均 U/mv 卸载平均 U/mv 0 1 2 3 4 5 6 7 8
3. 压力传感器的静态特性 1) 灵敏度S 传感器在静态工作条件下,其单位压力所产生的输出电压, 称为静态灵敏度。 在通常意义上, 如指一台传感器灵敏度高, 也指其分辨率高。 用公式表示如下:
U dU S lim F 0 F dF
敏度是不相同的, 对于线性传感器灵敏度则为