某型压力传感器测试仪的设计

《传感器与传感器技术》计算题答案第1章传感器的一般特性1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差(以mV计)。

当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。

由你的计算结果能得出什么结论解：满量程（F▪S）为50﹣10=40(mV)可能出现的最大误差为：m＝402%=(mV)当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K。

（1）式中, y——输出电压，V；T——输入温度，℃。

（2）式中，y——输出电压，V；x——输入压力，Pa。

解：根据题给传感器微分方程，得（1）τ=30/3=10(s)，K=105/3=105(V/℃)；(2) τ==1/3(s)，K==(V/Pa)。

1—7已知一热电偶的时间常数=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度K=1。

试求该热电偶输出的最大值和最小值。

以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。

解：依题意，炉内温度变化规律可表示为x(t) =520+20sin(t)℃由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率=2f=2/80=/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(t+)℃热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为因此，热电偶输出信号波动幅值为B=20A()==15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|=520+B=520+=535.7℃y(t)|=520﹣B==504.3℃输出信号的相位差为(ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)=相应的时间滞后为t =1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即式中，y——输出电荷量，pC；x——输入加速度，m/s2。

压力测试仪操作指引
一、准备工作
1.安全防护：首先应该确保工作环境安全，检查压力测试仪是否正确
安装，然后将电源线插上，并在接通电源前将电压调至正确的值，以确保
安全工作。

2.准备仪器：准备好压力测试仪，包括：主机、压力传感器、温度传
感器等，以及它们之间的连接件，确保压力测试仪正常工作。

3.设置仪器：设置仪器的参数，包括：最大测量压力、最小测量压力、测量范围、测量精度、保持时间以及配置上的其他信息等。

二、使用步骤
1.安装压力传感器：将压力传感器安装在压力测试仪上，检查安装是
否牢固，可以使用止回阀和排气阀等器件组成。

2.设置压力测试仪：将压力测试仪设置至所需的值，具体步骤是：根
据需要设置压力测试仪的参数，使其准备检测。

3.测试压力：通过插入压力传感器线缆的连接头，连接上压力测试仪，准备开始试验。

之后，按照预设的参数启动压力测试仪，等它自动完成测试，或者在必要的时候对其进行手动操作，进行压力测试。

4.读取测试数据：在压力测试结束后，测试仪会自动生成测试数据，
然后将测试结果以文件的形式保存到磁盘中，这样就可以方便地进行数据
分析了。

5.清理压力测试仪：当压力测试完成后。

实验一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金届箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

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 ;式中AR/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，&=A l/l为电阻丝长度相对变化，金届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的受力状态变化，电桥的作用是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。

单臂电桥输出电压U OI =EK&/4。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、石去码、数显表、士5V电源、也V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：1、根据图1-1应变式传感器已装丁应变传感器模块上。

传感器中各应变片已接入模块的左上方的R l、R2、R3、R4O加热丝也接丁模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3=R4=350Q，加热丝阻值为50 Q左右。

应变片托盘图1-1应变式传感器安装示意图2、接入模块电源i15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器R W4,使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。

关闭主控箱电源。

3、将应变式传感器的其中一个应变片 R 1 （即模块左上方的R i ）接入电桥作为一 个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电 位器Rw i,接上桥路电源&V （从主控箱引入）如图1-2所示。

检查接线无误后，合 上主控箱电源开关。

调节 Rw i,使数显表显示为零。

O 。

加热4、在电子秤上放置一只石去码，读取数显表数值，依次增加石去码和读取相应的数显 表值，直到500g （或200g ）石去码加完。

一、实验目的1. 了解应变压力传感器的组成、结构及工作参数。

2. 了解非电量的转换及测量方法——电桥法。

3. 掌握非平衡电桥的测量技术。

4. 掌握应变压力传感器灵敏度及物体重量的测量。

5. 了解多个应变压力传感器的线性组成、调整与定标。

二、实验原理压力传感器是把一种非电量转换成电信号的传感器。

弹性体在压力(重量)作用下产生形变(应变)，导致(按电桥方式联接)粘贴于弹性体中的应变片，产生电阻变化的过程。

压力传感器的主要指标是它的最大载重(压力)、灵敏度、输出输入电阻值、工作电压(激励电压)(VIN)、输出电压(VOUT)范围。

压力传感器是由特殊工艺材料制成的弹性体、电阻应变片、温度补偿电路组成；并采用非平衡电桥方式联接，最后密封在弹性体中。

弹性体：一般由合金材料冶炼制成，加工成S 型、长条形、圆柱型等。

为了产生一定弹性，挖空或部分挖空其内部。

电阻应变片：金属导体的电阻R 与其电阻率ρ、长度L 、截面A 的大小有关。

A LR ρ= （1）导体在承受机械形变过程中，电阻率、长度、截面都要发生变化，从而导致其电阻变化。

A A L L R R ∆-∆+∆=∆ρρ （2）这样就把所承爱的应力转变成应变，进而转换成电阻的变化。

因此电阻应变片能将弹性体上应力的变化转换为电阻的变化。

电阻应变片的结构：电阻应变片一般由基底片、敏感栅、引线及履盖片用粘合剂粘合而成。

电阻应变片的结构如图1所示：1－敏感栅(金属电阻丝) 2－基底片 3－覆盖层 4－引出线图1 电阻丝应变片结构示意图敏感栅：是感应弹性应变的敏感部分。

敏感栅由直径约0.01～0.05毫米高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分．敏感栅用粘合剂固定在基底片上。

b ×l 称为应变片的使用面积（应变片工作宽度，应变片标距（工作基长）l ），应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如3×10平方毫米，350欧姆。

传感器与控制器的设计原理随着科技的飞速发展，各种电子设备越来越智能化，而这些设备的核心便是传感器和控制器。

传感器作为电子设备中使用最广泛的元件之一，可以将物理量、化学量、生物量等变化转换为电信号，从而进行数据采集和数据处理。

而控制器则是根据传感器采集到的数据进行处理分析，通过电信号来控制运动、工作或其他操作。

本文将探讨传感器和控制器的设计原理。

一、传感器的设计原理传感器的设计原理主要包含物理学、化学和生物学方面的知识。

简单来说，传感器的设计需要解决三个问题：信号转换、灵敏度和可靠性。

信号转换是指将被测物理量、化学量或生物量等变化转换为电信号的能力。

信号转换的方式有很多种，例如压力传感器、力传感器、位移传感器、温度传感器、化学传感器等。

每种传感器都有自己的信号转换方式。

例如，温度传感器的信号转换方式是根据温度变化所引起的电阻值变化来实现的。

灵敏度是传感器的另一个重要指标。

它是指传感器在工作过程中能够感知到的最小变化量。

传感器的灵敏度越高，它就能感知到更细微的变化。

例如，一些生物传感器可以感知到非常微小的生物反应，如单个细胞中的发光和化学反应。

可靠性是传感器设计的重点之一。

它是指传感器在工作中是否稳定可靠。

传感器的可靠性受到许多因素的影响，如偏差、波动、噪声、温度等。

为了保证传感器的可靠性，设计师必须考虑这些因素并采取适当的措施来解决。

二、控制器的设计原理控制器的设计原理主要包含控制理论、信号处理和算法方面的知识。

控制器的设计需要解决两个问题：数据处理和控制算法。

数据处理是指控制器能够接收、处理和输出控制信号的能力。

传感器输入的信号经过控制器的处理后，生成新的信号，然后向控制对象发送控制信号。

通常，控制器的输入信号是模拟信号，而输出信号是数字信号。

因此，控制器必须具备信号采集、滤波、放大、转换和数字化等功能。

控制算法是控制器的核心。

它根据控制对象的需求和输入信号的变化来生成相应的控制信号，从而实现所需的控制目标。

原理及特点通用参数应用■泵和压缩机■液压和气动■机床■机械制造■真空技术应用技术参数 (订货时用户可自定义量程）PN3010采用陶瓷厚膜传感器进行压力测量，信号由后部处理电路处理后转换成标准工业电信号输出并显示。

全金属外壳设计，采用高亮型LED 数字显示，使得该系列产品能够被用于各种工业场合。

双键设计和用户友好的菜单使产品使用更加方便。

多种连接方式可以充分满足各种特定的安装需求。

可330º旋转的显示头能保证在不同安装方式下获得最佳的观察角度。

·经济型产品·测量范围从0…1bar 到0…600bar ·4位LED 数字显示·全金属外壳·PNP/NPN 可设置·4...20mA/0…20mA 可设置；1…5V/0…5V 可设置·显示头可旋转N e x o n E l e c t r o n i c c a t a l o g P N 3010 c n v e r s i o n 1.0 2010 02设定面板窗口模式窗口模式下降过程中压力值要小于rP1时开关输出才释放。

窗口功能可使产品用来监视压力值是否超出一个特定的压力范围。

当压力值在rP1和SP1之间时，开关输出一种状态，而当压力值处于这个范围之外时开关输出另一种状态（与前一种相反）。

选型表i特殊要求可订制■用户指定的压力范围■G1/2, NPT1/2过程连接■食品卫生级法兰连接■用于粘性介质的齐平膜安装方式■加装用于高温介质的散热器■用户提出的其它电气，机械连接N e x o n E l e c t r o n i c c a t a l o g P N 3010 c n v e r s i o n 1.0 2010 02原理及特点通用参数应用■工程机械■液压和气动■机床■机械制造■泵和压缩机■石油钻探量程相关参数 (订货时用户可自定义量程）PN3020采用不锈钢薄膜传感器进行压力测量，信号由后部处理电路处理后转换成标准工业电信号输出并显示。

压力传感器原理及应用压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。

压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。

一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。

压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。

压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。

半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。

半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。

它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。

此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。

由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。

但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变—电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。