电阻应变片测罐内液体重量Word文档格式.docx
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三、基本要求2
四、结构图与电路图3
五、元件参数的选用：
4
六、推导计算液重的公式4
七、工作原理分析5
八、相关知识介绍5
1.半桥差动电路5
2.电阻应变片的分类：
6
3.直流电桥平衡条件7
4.电阻式传感器的基本工作原理7
九、设计总结9
十、参考文献9
一、电阻应变片概况
电阻应变式传感器是应用广泛的传感器之一。
将电阻应变片（也称应变片或应变计）粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数的电阻应变式传感器。
应变片传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
应变传感器工作时引起的电阻值变化甚小，但其测量灵敏度较高。
它在力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量中得到了广泛的应用。
二、设计目的
利用电阻应变片制成测量重量的传感器，用于测量罐内的液体重量。
三、基本要求
1.实现基本功能
2.画出相应的测量电路及推导计算液重的公式
3.工作电压220V，采用等臂电桥（双桥差动）。
四、结构图与电路图
图1结构图
图2接线原理图
R0选用常用的阻值为120Ω的电阻应变片
由于应变片允许泪流过的电流很小，不到1A，因此要求RL足够大，可以选用2000Ω的电阻。
由于电桥的工作特性，当△R<
<
R条件下，电桥的输出U0与△R/R成正比，因此等笔电桥的桥臂阻值R1=R2=R3=R4可以选用1000Ω。
考虑到输出电压U0很小，只有0.1V-0.2V大小，因此接入一个运放电路OP07，电阻R=100Ω，Rf为1000Ω，放大倍数为10。
六、推导计算液重的公式
该传感器有一根传压杆，上端安装微压传感器，下端安装感压膜，它用于感受液体的压力。
当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。
将其上两个传感器Rt的电桥接成正向串接的双电桥电路，此时输出电压为：
U0=U1+U2=（K1+K2）hpg①
式中K1，K2为传感器传输参数
p——液体密度
h——位于感压膜上方的液体高度
hpg表征了感压膜上方液体的重量。
对于等截面的柱形容器有
hpg=Q/A②
式中Q——感压膜上方液体的重量
A——柱形容器的截面积
由①②得可得到容器内感压膜上方液体的重量与电桥输出电压间的关系：
U0=（K1+K2）Q/A
结论：
电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以测量容器内储存的溶液重量。
七、工作原理分析
起初，当罐内无液体时，应变片阻值为零，电桥平衡，U0=0
随着液体的增加，感压膜受到的压力增大，反映在电路上体现在应变片阻值增大，阻值增大影响U0，U0随之增大。
由U0=（K1+K2）Q/A电桥输出电压与柱式容器内感压膜上面溶液的重量成线性关系，因此可以通过测量出的U0值求出对应的容器内储存的溶液重量。
八、相关知识介绍
1.半桥差动电路
在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，如图a所示。
该电桥输出电压为：
若ΔR1=ΔR2，R1=R2=R3=R4，则得：
由此可知，U0与ΔR1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差。
图a
2.电阻应变片的分类
电阻应变片的分类方法很多，常用的方法是按照制造应变片时所用的材料、工作温度范围以及用途不同来进行分类。
（1）按应变片敏感栅的材料分类，可将应变片分成金属应变片和半导体应变片两大类。
其中金属应变片又分为体型（箔式、丝式）和薄膜型；
半导体应变片又分为体型、薄膜型、扩散型、PN结型及其它型。
（2）按应变片的用途分类可分为一般用途应变片和特殊用途应变片（水下、疲劳寿命、抗磁感应、裂缝扩展等）。
应变片可以将应变转换为电阻的变化，为了显示与记录应变的大小，还可以把电阻的变化再转换为电压或电流的变化，因此需要有专用的测量电路，通常采用直流电桥和交流电桥来进行测量。
3.直流电桥平衡条件
电桥电路如图b所示，图中Ui为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻。
当RL→∞时，电桥输出电压为:
当电桥平衡时，U0=0，则有R1R4=R2R3或R1/R2R3/R4
上式为电桥平衡条件。
这说明欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。
4.电阻式传感器的基本工作原理
电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。
应变式传感器的组成：
弹性元件、应变片、测量电路。
应变片能将应变直接转换成电阻的变化，对于其他物理量（力、压力、加速度等），需先将这些量转换成应变－弹性元件应变式电阻传感器是通过弹性元件的传递将被测量引起的形变转换为传感器敏感元件的电阻值变化。
电阻式液体重量传感器利用感压膜上方的液体的重量的不同产生不同的压力，当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力增大，从而引起弹性元件发生变形，变换成相应的应变，然后传递给与之相连的应变片，引起应变敏感元件电阻值发生变化。
通过测量电路变成电量U0输出，输出电压U0与柱形容器内感压膜上面溶液的重量呈线性关系。
可以实现对容器内储存的溶液重量的测量。
应变式传感器的测量电路通常采用直流电桥，为了减小非线性误差，采用提高桥臂比或采用差动电桥的方法。
采用半差动电桥不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度是单臂应变片工作时的2倍，因此提高了灵敏度和线性度。
在液体重量的测量中，采用双电桥差动电路。
九、设计总结
通过这次小学期对传感器的研究学习,了解了电阻式传感器元件的特性，通过自己和同组人员来设计实验，更进一步掌握了传感器的知识与相关应用，激发了学习兴趣。
使我对传感器的基本概况有了充分的理解与掌握，知道了应变片传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
通过查阅了参考资料，加深了对电阻式传感器的原理的理解，以及其在实际生活中的广泛应用。
通过这次实验的设计，对今后在传感器这一领域有更深的认识。
同时也锻炼了动手能力，独立思考解决问题的方法，使我从本质上对传感器有了全新的认识，有利于以后的学习研究。
在自己和同组人员的互相帮助尤其老师的点拨与指导下，有效率有质量的完成了此课题。
十、参考文献
《传感器原理及应用技术》，西安电子科技大学出版社，韩保君
《传感器及检测技术》，机械工业出版社，胡向东
《传感器与自动检测技术》，高等教育出版社，余诚波
《电气测试技术》，机械工业出版社，林德杰
《传感原理及工程应用》，西安电子科技大学出版社，郁有文
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