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传感器与检测技术完整版

发布日期:2021-08-17 03:23

  上节回顾: 1.检测技术的基本概念及方法 2.传感器的发展 3.传感器的分类和基本特性 16.04.2020 . 1 1.4.2 误差的表示方法 (1)绝对误差 Δ=Ax-A0 当Ax>A0时,为正误差;反之为负误差。 修正值C C=-Δ A0 =Ax+C 绝对误差和修正值的量纲必须与示值量纲相同。 绝对误差可表示测量值偏离实际值的程度,但不 能表示测量的准确程度。 16.04.2020 . 2 (2)相对误差 ①实际相对误差 ②示值(标称)相对误差 ③满度(引用)相对误差 16.04.2020 . 3 1.4.3 准确度 传感器和测量仪表的误差是以准确度表示的。准确 度常用最大引用误差来定义 它表示传感器的最大相对误差为±S%。 仪表引起的最大测量相对误差为 如压力传感器的准确度等级分别为0.05、0.1、0.2、0.3、 0.5、1.0、1.5、2.0等;我国电工仪表的准确度等级分 别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。 某0.1级压力传感器的量程为100MPa,测量50MPa压力时, 传感器引起的最大相对误差为 16.04.2020 . ±0.2%。 4 本节主要内容: 16.04.2020 . 5 第一节 电阻应变式传感器 16.04.2020 . 6 一、工作原理应变片的工作原理 金属丝受拉时,l变长、r变小,导致R变大 。 R l l A r2 16.04.2020 . 7 二、应变片的工作原理 设有一长度为l 、截面积为A、半径为r、电阻率 为的金属单丝,它的电阻值R可表示为 R l l A r2 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力) 时,上式中、r、l都将发生变化,从而导致电阻值 R发生变化。例如金属丝受拉时,l将变长、r变小, 均导致R变大;又如,某些半导体受拉时,将变大 ,导致R变大。 实验证明,电阻丝及应变片的电阻相对变化量R KR线—与性电材的阻料,应力即变学片中的的灵轴敏向度应变x的RR关系K在很x 大范围2-内1是 16.04.2020 . 8 二、应变片的种类与结构 应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者 可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。目前箔式应变片应用 较多。金属丝式应变片使用最早,有纸基、胶基之分。由于 金属丝式应变片蠕变较大,金属丝易脱胶,有逐渐被箔式所 取代的趋势。但其价格便宜,多用于应变、应力的大批量、 一次性试验。 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制 成的。箔的材料多为电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔 式应变片与片基的接触面积大得多,散热条件较好,在长时 间测量时的蠕变较小,一致性较好,适合于大批量生产。还 可以对金属箔式应变片进行适当的热处理,使其线胀系数、 电阻温度系数以及被粘贴的试件的线胀系数三者相互抵消, 从而将温度影响减小到最小的程度,目前广泛用于各种应变 式传感器中。 16.04.2020 . 9 箔式应变片的外形 16.04.2020 . 10 半导体应变片及金属 丝式应变片的结构 金属丝式应变片的 内部结构 半导体应变片 外形 16.04.2020 . 11 应变片主要性能指标举例 上表中,哪几个型号是半导体应变片? 依据是什么? 16.04.2020 . 12 应变片的粘贴: 1. 去污:采用 手持砂轮工具除去 构件表面的油污、 漆、锈斑等,并用 细纱布交叉打磨出 细纹以增加粘贴 力 ,用浸有酒精 或丙酮的纱布片或 脱脂棉球擦洗。 16.04.2020 . 13 2.贴片:在应变 片的表面和处理过的 粘贴表面上,各涂一 层均匀的粘贴胶 , 用镊子将应变片放上 去,并调好位置,然 后盖上塑料薄膜,用 手指揉和滚压,排出 下面的气泡 。 16.04.2020 . 14 3.测量 :从 分开的端子处, 预先用万用表测 量应变片的电阻, 发现端子折断和 坏的应变片。 16.04.2020 . 15 4.焊接: 将引线和端子用 烙铁焊接起来, 注意不要把端子 扯断。 16.04.2020 . 16 5.固定: 焊接后用胶 布将引线和 被测对象固 定在一起, 防止损坏引 线 三、测量转换电路——不平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小,如果直 接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难, 且误差很大。 例如,有一金属箔式应变片,标称阻值R0为 100,灵敏度K=2,粘贴在横截面积为9.8mm2 的钢质圆柱体上,钢的弹性模量E=21011N/m2, 所受拉力F=0.2t,受拉后应变片的阻值R 的变 化量仅为0.2,所以必须使用不平衡电桥来测 量这一微小的变化量。下面分析该桥式测量转 换电路是如何将R /R转换为输出电压Uo的。 16.04.2020 . 18 三、测量转换电路——不平衡电桥 U oU 4 i( R R 1 1 R R 2 2 R R 3 3 R R 4 4) 2 -3 16.04.2020 . 19 电桥平衡的条件 :R1/R2=R4/R3 调节RP,最终可以 使R1/R2=R4/R3( R1、 R2是R1、R2并联RP后的 等效电阻),电桥趋于 平衡,Uo被预调到零位, 这一过程称为调零。图 中的R5是用于减小调节 范围的限流电阻。 16.04.2020 . 20 单臂电桥 全桥四臂工 作方式的灵敏 度最高,双臂 半桥次之,单 臂半桥灵敏度 最低。 16.04.2020 . 21 双臂电桥 R1、 R2为应变 片, R3、R4为固定 电阻 。应变片R1 、 R2 感受到的应变 1~2以及产生的电 阻增量正负号相间, 可以使输出电压Uo 成倍地增大。 16.04.2020 . 22 四臂全桥