壓力傳感器特性實驗

等截面梁結(jié)構(gòu)示意圖

式中f是應(yīng)變片處的應(yīng)力，Y是彈性體的彈性模量。從式(3-3-1)可看出，除壓力F外，其余各量均為常量。所以，應(yīng)變ε0與壓力F成正比。

2. 電阻的變化與電壓的關(guān)系

由于彈性體的應(yīng)變發(fā)生了變化，粘貼在其上的電阻應(yīng)變片的電阻值也隨之發(fā)生變化，受拉的電阻應(yīng)變片電阻值增加，而受壓的電阻應(yīng)變片電阻值減少，把四個電阻應(yīng)變片組成一個電橋，這便成為差動電橋，如圖3-3-2所示。此時電橋的輸出電壓U為：

圖 3-3-2 　應(yīng)變片差動電橋電路
?
由上式可知，電壓U與電阻值的變化成正比。由此可看出差動電橋既沒有非線性誤差，又具有較高的靈敏度，同時還具有適應(yīng)溫度變化的補償能力等優(yōu)點。實驗中，電橋的不平衡電壓U可由電位差計測出。

3. 壓力傳感器的靜態(tài)特性

壓力傳感器的基本特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩種。所謂靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，即在靜載荷（力值）作用下，用實驗的方法求得輸入的力與傳感器輸出電壓（示值）之間的關(guān)系（線性關(guān)系），即U=a+bF。由輸入和輸出的關(guān)系，就可研究其靜態(tài)特性。

（1）靈敏度S

傳感器在靜態(tài)工作條件下，其單位壓力所產(chǎn)生的輸出電壓，稱為靜態(tài)靈敏度。在通常意義上，如指一臺傳感器靈敏度高，也指其分辨率高。用公式表示如下：

圖3-3-3所示為上述兩種情況下靈敏度的圖解表示，其中左圖為非線性靈敏度，右圖為線性靈敏度圖解。

(2)線性度(非線性誤差)Ｌ

大多數(shù)傳感器的輸入和輸出具有比例關(guān)系，這種輸入輸出具有線性比例關(guān)系的傳感器稱線性傳感器。衡量線性傳感器線性特性好壞的指標為非線性誤差，或稱線性度。隨著參考直線的性質(zhì)和引法不同，線性度有多種，下面僅介紹端點線性度。

圖3-3-4? 端點線性度特性曲線???????????????? 圖3-3-5? 遲滯特性曲線

如圖3-3-4所示，將傳感器的實際零點和滿量程端點連線作為理論直線，傳感器實際平均輸出（正反行程平均）特性曲線對理論直線的最大偏差，以傳感器滿量程輸出的百分比來表示為：

（3）遲滯（遲滯誤差）H

傳感器在正（輸入量增加）、反（輸入量減少）行程中，輸入輸出曲線不重合的程度稱為遲滯。也就是說，對應(yīng)于同一輸入量，它的輸出量值有差別。遲滯可用傳感器最大正反差值與滿量程輸出的百分比來表示

圖3-3-5所示為傳感器的某種遲滯特性。

?? （4）重復(fù)性R

多次重復(fù)測量時，在同是正行程（或同是反行程）中對應(yīng)同一輸入量，傳感器的輸出值也不相同，這種差值稱為重復(fù)差值。全量程中的最大重復(fù)差值與滿量程輸出值之比稱為重復(fù)性。如圖3-3-6所示，表達式如下

圖3-3-5所示為傳感器的某種遲滯特性。

?? （4）重復(fù)性R

多次重復(fù)測量時，在同是正行程（或同是反行程）中對應(yīng)同一輸入量，傳感器的輸出值也不相同，這種差值稱為重復(fù)差值。全量程中的最大重復(fù)差值與滿量程輸出值之比稱為重復(fù)性。如圖3-3-6所示，表達式如下

（5）動態(tài)特性（響應(yīng)）

動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性。此時，要求傳感器能夠隨時精確地跟蹤輸入量，輸出能夠按照輸入的變化規(guī)律而變化，這個過程又稱為響應(yīng)。響應(yīng)是描述動態(tài)特性的重要參數(shù)。這里不研究此特性。

??? 四. 實驗內(nèi)容

圖3-3-7? 實驗電路圖
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1. 按圖3-3-7連接電路，圖中PF1為壓力傳感器，UJ37為電位差計。

??? 2. 測量加載力F與輸出電壓U的關(guān)系：保持工作電壓Us為10.0V。

?? （1）加載砝碼，每次1Kg，分8次加到8Kg，記錄每次加載時的輸出電壓值。

?? （2）加到額定值后，開始卸載，分8次卸完，記錄每次卸載時的輸出電壓值。

?? （3）重復(fù)上述兩步驟，進行三次測量，將輸出電壓記錄在表格3-3-1中。

表3-3-1 輸出電壓隨加載力變化數(shù)據(jù)表（工作電壓不變）
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