压力测量仪设计

实验四 压力测量仪设计

一、实验目的：

掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理、电路标定；通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。 二、基本原理：

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

R

R ∆=K ε

式中

R

R ∆为电阻丝电阻相对变化，K 为 应变灵敏系数，ε=

L

L ∆为电阻丝长度相对变化，金属箔

式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

图1，图2是压力传感器的测量电路，由两个部分组成。前一部分是采用三个运放构成的

仪表放大器，后面的放大器将仪表放大器的输出电压进一步放大。R 28是电桥的调零电阻，R 42是整个放大电路的调零电阻，R 29，R 40调整运放增益。仪表放大器因为输入阻抗高，共模抑制能力好而作为电桥的接口电路。其增益可用下式表示：

A ＝（1+

29

302R R ）

通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（g ）即成为一台原始电子秤。全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值：R Q =R 2=R 3=R 4，其变化值△R Q =△R 2=△R 3=△R 4时，其桥路输出电压U 03=EK ε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

图1

图2

三、需用器件于单元：

1.应变式传感器实验台；

2.应变式传感器；

3.砝码；

4.跳线。

5.计算机

6.DRVI快速可重组虚拟仪器平台

四、实验步骤：

1.根据图3所示，应变式传感器已经装在传感器试验台上。传感器中各应变片上的R1、R2、

R3、R4接线颜色分别为黄色、蓝色、红色、白色，可用万用表测量同一种颜色的两端判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

图3 应变式传感器安装示意图

2.接入电源，拨通电源开关，将实验模块板调节增益电位器R

29

顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差动放大器的正、负输入端（电路板上的TEST1与TEST2）

与地短接，输出端OUT与电路板上的IN1或IN2相连，调节电路板上调零电位器R

42

，输出

的电压读数为零，关闭电源。（注意：当R

29、R

42

的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完

实验为止。）

3.将应变式传感器的红色、白色线连接的应变片接入电路板上的R

24，R

27

，将黄色、蓝色线连

接的应变片接入电路板上的R

25、R

26

；

4.将1000g砝码置与传感器的托盘上，调节电位器R

40（增益）与R

29

（增益即满量程调节）使

输出电压为4V；

5.拿去托盘上所有砝码，调节电位器R

42

（零位调节）使输出电压为零；

6.关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁

止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)

7.开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。

8.运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI采集仪

主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。

9.在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“力传感器标定及

称重”，建立实验环境。实验时先用砝码用两点法对称重传感器进行标定，得到本传感器电压/重量关系曲线。

图4 应变式力传感器称重实验

10.把砝码依次放在托盘上，填入下表1。

11.根据上表，计算误差与非线性误差。

五、设计部分：

1.设计压力测量电路（直流电桥放大电路），使测量电路的输出电压值为重量对应值；

2.将1000g砝码置与传感器的托盘上，调节压力测量电路的参数，使输出电压为4V；

3.关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁

止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)

4.开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源；

5.在实验目录中选择“力传感器标定及称重”，建立实验环境。用两点法对称重传感器进行标

定，得到本传感器电压/重量关系曲线。

6.把砝码依次放在托盘上，填入下表2。

7.根据上表，计算误差与非线性误差。

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