实验2 压力传感器特性的研究
压力传感器是利用应变电阻效应，将力学量转换成易于测量的电压量的器件。压力传感器是最基本的传感器之一，主要用在各种电子秤、应力分析仪等仪器上。传感器的种类很多，应用极为广泛。根据要求精度和使用方式不同，可选用不同型号的压力传感器。 一、实验目的
1. 了解压力传感器的工作原理。
2. 研究压力传感器的静态特性。
3. 了解电位差计的工作原理，熟悉其使用方法。
二、实验仪器
压力传感器、电位差计、稳压电源、电压表、砝码等。
三、 实验原理
本实验所用的传感器，是由四片电阻应变片组成，分别粘贴在弹性体的平行梁上、下两表面上。四个应变片组成电桥，采用
非平衡电桥原理，把压力转化成不平衡
电压进行测量。下面我们从三个方面对
压力传感器进行讨论。
1. 应变与压力的关系
电阻应变片是将机械应变转换为电
阻阻值的变化。将电阻应变片粘贴在悬
臂梁式弹性体上。常见的悬臂梁形式有
等截面梁、等强度悬臂梁、带副梁的悬
臂梁以及双孔，单孔悬臂梁。
图2-1是等截面梁结构示意图，弹
性体是一端固定，截面积S 处处相等的等截面悬臂梁（S ＝bh ，宽度为b ，厚度为h ），在距载荷F 着力点L 0的上下表面，顺L 方向粘贴有受拉应变片R 1、R 3和受压的R 2、R 4应变片，粘贴应变片处的应变为
Y
bh FL Y f 2006==ε (2-1) 式中f 是应变片处的应力，Y 是弹性体的弹性模量。从式(2-1)可看出，除压力F 外，其余各量均为常量。所以，应变ε0与压力F 成正比。
图 2-2 应变片差动电桥电路 由于弹性体的应变发生了变化，粘贴在其上的电阻应变片的电阻值也随之发生变化，受拉的电阻应变片电阻值增加，而受压的电阻应变片电阻值减少，把四个电阻应变片组成一个电桥，这便成为差动电桥，如图2-2所示。此时电桥的输出电压U 为：
S S U R R R R R R U R R R R R R U 4
43344221111??????-++---+++= (2-2) 若R 1=R 2=R 3=R 4和ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4，则有
S S S U R R U R R R U R R R U 1
111111122???=--+= (2-3) 由上式可知，电压U 与电阻值的变化成
正比。由此可看出差动电桥既没有非线性误
差，又具有较高的灵敏度，同时还具有适应
温度变化的补偿能力等优点。实验中，电桥
的不平衡电压U 可由电位差计测出。
3. 压力传感器的静态特性
压力传感器的基本特性分为静态特性
和动态特性两种。所谓静态特性是指输入不
随时间而变化的特性，即在静载荷（力值）
作用下，用实验的方法求得输入的力与传感
器输出电压（示值）之间的关系（线性关系），
即U=a+bF 。由输入和输出的关系，就可研究其静态特性。
1．灵敏度S
传感器在静态工作条件下，其单位压力所产生的输出电压，称为静态灵敏度。在通常意义上，如指一台传感器灵敏度高，也指其分辨率高。用公式表示如下：
dF dU F U S F =??
? ????=→?0lim (2-4) 这实际上就是传感器输入输出特性曲线上某点的斜率。非线性传感器各处的灵敏度是不相同的，对于线性传感器灵敏度则为：
0F F U U S --= (2-5) 图2-3所示为上述两种情况下灵敏度的图解表示，其中左图为非线性灵敏度，右图为
图2-4 端点线性度特性曲线
2．线性度(非线性误差)Ｌ 大多数传感器的输入和输出具有比例关系，这种输入输出具有线性比例关系的传感器称线性传感器。衡量线性传感器线性特性好坏的指标为非线性误差，或称线性度。随着参考直线的性质和引法不同，线性度有多种，下面仅介绍端点线性度。
如图2-4所示，将传感器的实际零点和满量程端点连线作为理论直线，传感器实际平均输出（正反行程平均）特性曲线对理论直线的最大偏差，以传感器满量程输出的百分比来表示为：
%1000max
.?-=U U U L L ? (2-6)
●检查安装孔的尺寸 如果安装孔的尺寸不合适，传感器在安装过程中，其螺纹部分就很容易受到磨损。这不仅会影响设备的密封性能，而且使压力传感器不能充分发挥作用，甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损（螺纹工业标准1/2-20 UNF 2B），通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测，以做出适当的调整。 ●保持安装孔的清洁 保持安装孔的清洁并防止熔料堵塞对保证设备的正常运行来说十分重要。在挤出机被清洁之前，所有的压力传感器都应该从机筒上拆除以避免损坏。在拆除传感器时，熔料有可能流入到安装孔中并硬化，如果这些残余的熔料没有被去除，当再次安装传感器时就可能造成其顶部受损。清洁工具包能够将这些熔料残余物去除。然而，重复的清洁过程有可能加深安装孔对传感器造成的损坏。如果这种情况发生，就应当采取措施来升高传感器在安装孔中的位置。 ●选择恰当的位置 当压力传感器的安装位置太靠近生产线的上游时，未熔融的物料可能会磨损传感器的顶部;如果传感器被安装在太靠后的位置，在传感器和螺杆行程之间可能会产生熔融物料的停滞区，熔料在那里有可能产生降解，压力信号也可能传递失真;如果传感器过于深入机筒，螺杆有可能在旋转过程中触碰到传感器的顶部而造成其损坏。一般来说，传感器可以位于滤网前面的机筒上、熔体泵的前后或者模具中。 ●仔细清洁 在使用钢丝刷或者特殊化合物对挤出机机筒进行清洁前，应该将所有的传感器都拆卸下来。因为这两种清洁方式都可能会造成传感器的震动膜受损。当机筒被加热时，也应该将传感器拆卸下来并使用不会产生磨损的软布来擦拭其顶部，同时传感器的孔洞也需要用清洁的钻孔机和导套清理干净。 ●保持干燥 尽管传感器的电路设计能够经受苛刻的挤出加工环境，但是多数传感器也不能绝对防水，在潮湿的环境下也不利于正常运行。因此，需要保证挤出机机筒的水冷装置中的水不会渗漏，否则会对传感器造成不利影响。如果传感器不得不暴露在水中或潮湿的环境下，就要选择具有极强防水性的特殊传感器。
常用压力传感器原理分析 振膜式谐振压力传感器 振膜式压力传感器结构如图(a)所示。振膜为一个平膜片，且与环形壳体做成整体结构，它和基座构成密封的压力测量室，被测压力 p经过导压管进入压力测量室内。参考压力室可以通大气用于测量表压，也可以抽成真空测量绝压。装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力，当激振 频率与膜片固有频率一致时，膜片产生谐振。没有压力时，膜片是平的，其谐振频率为 f0；当有压力作用时，膜片受力变形，其张紧力增加，则相应的谐振频率也随之增加，频率随压力变化且为单值函数关系。 在膜片上粘贴有应变片，它可以输出一个与谐振频率相同的信号。此信号经放大器放大后，再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动，构成一个闭环正反馈自激振荡系统。如图(b)所示 压电式压力传感器 某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电 的状态，此现象称为“压电效应”。常用的压电材料有天然的压电晶体(如石英晶体)和压电陶瓷(如钛酸钡)两大类，它们的压电机理并不相同，压电陶瓷是人造 多晶体，压电常数比石英晶体高，但机械性能和稳定性不如石英晶体好。它们都具有较好特性，均是较理想的压电材料。 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系： Q=kSp 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 图1为一种压电式压力传感器的结构示意图。压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的一个侧面与膜片接触并接地，另一侧面通过引线将电荷量引出。被测压力 均匀作用在膜片上，使压电元件受力而产生电荷。电荷量一般用电荷放大器或电压放大器放大，转换为电压或电流输出，输出信号与被测压力值相对应。 除在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或复合材料的合成膜的。
一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光
(1) 1 dR d R dA A 四种压力传感器的基本工作原理及特点 一：电阻应变式传感器 1 1电阻应变式传感器定义 被测的动态压力作用在弹性敏感元件上， 使它产生变形，在其变形的部位粘 贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称 为电阻应变式压力传感器。 1.2电阻应变式传感器的工作原理 电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片 箔式应变片是以厚度为0.002―― 0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔 栅宽度为0.003――0.008mm 。丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝 （直 径0. 015--0. 05mm ），平行地排成栅形（一般2――40条），电阻值60――200 ?， 通常为 120 ?，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即 制成了纸基的电阻丝式应变片。测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于 待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时， 电阻片 也跟随变形。如下图所示。B 为栅宽，L 为基长。 I 绘式应吏片 b ）笹式应变片 材料的电阻变化率由下式决定:
式中; R—材料电阻2
3 —材料电阻率 由材料力学知识得; K —金属电阻应变片的敏感度系数 式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分 dR 、dL 改写成增 量出、/L,可得 由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形 而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了 ZR 的变化，也就得 到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。 1.3电阻应变式传感器的分类及特点 「测低压用的膜片式压力传感器 常用的电阻应变式压力传感器包括彳测中压用的膜片一一应变筒式压力传感器 -测高压用 的应变筒式压力传感器 1.3.1膜片一一应变筒式压力传感器的特点 该传感器的特点是具有 较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、 动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。 适于测量高频脉动压力，又加上强制水冷却。也适于高温下的动态压力测量，如 火箭发动机的压力测量，内燃机、压气机等的压力测量。 1.3.2膜片式应变压力传咸器的特点 A 这种膜片式应变压力传感器不宜测量较大的压力，当变形大时，非线性 较大。但小压力测量中由于变形很小，非线性误差可小于 0.5%，同时又有较高 的灵敏度，因此在冲击波的测量中，国内外都用过这种膜片式压力传感器。 B 这种传感器与膜片一应变筒式压力传感器相比， 自振频率较低，因此在低dR "R [(1 2 ) C(1 2 )]
影响压力传感器稳定性的因素 压力传感器的稳定性肯定是我们在购买压力传感器时候要考虑的问题，什么的压力传感器的稳定性呢?压力传感器使用一段时间后，其机能保持不变化 的能力称为稳定性。影响压力传感器稳定性的因素有很多。 ?影响压力传感器的稳定性的一个最大因素那就是量程，压力范围一定要选择对了，变送器测量：先确定系统设备中要确认的最大压力测量值，通常情况下，需要选择比介质最大值还要大1.5倍的压力传感器。这里有很多人不明白，这 里我来解释下，比如我们在测量一些液体介质，油压设备的时候，在收到他们压力撞击的时候，会有峰值上面不规则的波动，这种波动的时候的一霎那间的压力会破环压力传感器上面的传感器的。这个时候我们可以选择一个缓冲阻尼器来降低压力冲击的。在选择压力传感器的时候，一定要考虑压力范围，以避免不必要的麻烦，如毁坏仪器仪表，机器设备等等。 ?影响压力传感器长期稳定性的因素除压力传感器量程外，还有一个就是压力传感器的使用环境。因此，我们要使压力传感器用具有良好的稳定性，必需要有较强的环境适应能力。在选择压力传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据详细的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。压力传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定变送器的机能是否发生变化。在某些要求变送器能长期使用而又不能等闲更换或标定的场合，所选用的变送器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。 ?影响压力传感器稳定性的因素还有很多，所以我们选择压力传感器的时候要注意它的稳定性。只有稳定性好的压力传感器才能给好的为我们服务。 ?tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
一、传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： １、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 ３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“１”和"０”或“开”和“关”)的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 关于传感器的分类： 1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等； 2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等； 3.按照传感器转换能量的方式分： (1)能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等； (2)能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等； 4.按照传感器工作机理分： 结构型：如：电感式、电容式传感器等； (2)物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等； 5.按照传感器输出信号的形式分： (1)模拟式：传感器输出为模拟电压量； (2)数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。 三、传感器的静态特性
智能压力传感器的研究与开发 摘要 为了提高压力传感器的精度，解决功能单一的问题设计了一种新型的智能压力传感器。该压力传感器以MSP430单片机为控制核心，通过A/D转换接口实现对压力传感器的温度和压力信号的采集，利用BP网络算法实现了对采集信号的数据拟合，利用LED显示，利用RS485串口通讯实现数据交换及压力值输出，完成功能要求。 详细叙述了压力传感器的温度补偿方法，重点讨论了人工神经网络中的BP网络算法。BP网络算法主要包括BP网络的结构，基于MATLAB神经网络工具箱的BP网络仿真。根据BP网络的数据连接关系实现了BP网络的C语言表示，根据BP网络的权值、阈值由数组连接实现了向MSP430单片机的程序移植，完成信号的控制。提出了基于遗传模拟退火BP网络算法的压力传感器温度补偿系统。 设计了压力传感器的硬件电路。利用MPM280压力传感器测量压力，通过放大器实现温度和压力信号的放大，利用MSP430自带A/D转换的12位MSP430单片机实现信号处理，通过RS485实现输出，设计了显示功能，设计了丰富的电源电路，并且通过相应的电压转换芯片实现对各个模块的不同电压供电。 实现了压力传感器的软件设计，在MSP430编译软件IAR上利用C语言实现了初始化子程序，温度和压力A/D采样程序，BP网络信号处理子程序，显示子程序和RS485通讯子程序。设计了基于MATLAB GUI的串行通讯压力传感器标定软件，在GUI上实现了对单片机的信号采集，BP网络训练以及对单片机的串行通信实现的在线标定的功能。 研究设计的智能压力传感器具有体积小、精度高，并实现了基于MATLAB的BP网络在线标定。通过仿真对软、硬件进行了充分的调试，效果良好，在工业现场已经应用实现，在众多压力测控系统中有着广阔的应用前景。 关键词：压力传感器，MSP430单片机，温度补偿，BP网络算法
第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。 A. 时域响应 B. 线性度 C. 零点漂移 D. 灵敏度 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 C．重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 7、不属于传感器静态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统 B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移
10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（） A. 0° B.90° C.180° D. 在0°和90°之间反复变化的值 11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 =秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输15、已知某温度传感器为时间常数τ3 出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒 A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3 二、多项选择题 1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（） A.上升时间 B.响应时间 C.超调量 D.重复性 2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（） A.精度测试法 B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数 3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。 A．迟滞 B.重复性 C.线性度 D.灵敏度 4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（） A.灵敏度 B.非线性度 C.回程误差 D.重复性 5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（） A.端点线性 B.独立线性 C.自然样条插值 D.最小二乘线性 三、填空题 1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。 2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。 3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。
实验十一 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 一、实验目的: 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。 二、实验仪器 压力传感器模块、温度传感器模块、数显单元、直流稳压源+5V 、±１5Ｖ。 三、实验原理 在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法,摩托罗拉公司设计出X 形硅压力传感器如下图所示：在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出,用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。 扩散硅压力传感器的工作原理：在X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流 i ，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时,在垂直电流方向将会产生电场变化i E ??=ρ，该电场的变化引起电位变化，则在端可得到被与电流 垂直方向的两测压力引起的输出电压Uo 。 i d E d U O ???=?=ρ （11-1) 式中ｄ为元件两端距离。 实验接线图如图11－２所示,MPX1０有4个引出脚,１脚接地、2脚为U ｏ＋、3脚接+5Ｖ电源、4脚为Uo-；当P1>Ｐ２时，输出为正;Ｐ1
压力传感器文献综述 摘要：传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。本文通过部分文献资料对压力传感器的发展过程、研究现状和发展趋势做一简要介绍。关键词：压力；传感器； 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段(1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯与1945 发现了硅与锗的压阻效应,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。(3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。(4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中就有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速。目前，我国传感器行业规模较小，应用范围较窄。为此，我们亟须转变观念，将传感器的研发由单一型传感器的研发，转化为高度集成的新型传感器研发。新型传感器的开发和应用已成为现代系统的核心和关键，它将成为21世纪信息产业新的经济增长点。改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业；2007年传感器业总产量达到20.93亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定的应用。压力传感器的发展动向主要有以下几个方向： 2.1光纤压力传感器 这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光,再经光纤送入光探测器、
传感器有很多特性，所谓特性也就是传感器所独有的性质，压力传感器作为传感器中最普遍的一种传感器也有很多特性，压力传感器的特性一般可分为静态特性和动态特性。 压力传感器的静态特性是指对静态的输入信号，压力传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即压力传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征压力传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。 所谓动态特性，是指压力传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，压力传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为压力传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以压力传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/6b5744343.html,/
第五章 热学实验 热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。 §5.1空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【预习重点】 1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。 2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。 3．认真预习实验原理及测量公式。 【实验目的】 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【实验原理】 理想气体的压强P 、体积V 和温度T 在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：PV γ 等于恒量，其中γ是气体的定压比热容P C 和定容比热容V C 之比，通常称γ=V P C C /为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。 如图5.1.1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。
（1）首先打开放气阀A ，贮气瓶与大气相通，再关闭A ，瓶内充满与周围空气同温（设为0T ）同压（设为0P ）的气体。 （2）打开充气阀B ，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B 。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I （1P ,1V ,0T ）。 （3）迅速打开放气阀A ，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至0P 时，立刻关闭放气阀A ，将有体积为ΔV 的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I （1P ,1V ,0T ）转变为状态II （0P ,2V ,1T ）。2V 为贮气瓶容积，1V 为保留在瓶中这部分气体在状态I （1P ,0T ）时的体积。 （4）由于瓶内气体温度1T 低于室温0T ，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温 0T 为止，此时瓶内气体压强也随之增大为2P 。则稳定后的气体状态为III （2P ,2V ,0T ）。从 状态II →状态III 的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I →II →III 的过程如图5.1.2所示。 图5.1.1 试验装置简图 图5.1.2 气体状态变化及P-V
efector 500电子压力传感器操作说明
1显示屏菜单结构P.3 （图） 2编程P.4 1.选择参数； 2.设定数值*； 3.参数值确定。 * 当参数调至最大设定值，继续调整参数值将从最小的设定值重新开始循环。在设置开关点（SPx，rPx）或模拟输出信号（ASP，AEP）的限制之前选定显示单位，这将避免单位转换中舍入误差的发生，得到更精确的设定值。 3安全提示 ●安装之前请阅读产品说明； ●请检查该产品是否适合你的使用； ●用户如未遵循本手册的操作说明或技术数据进行操作，可能发生 人身伤害或财产损失； ●在所有应用中，请检查本产品的材料（参看技术数据）是否适用 于所测量的物质。 4控制和显示说明 （图）P.20 5功能及特性 ●该压力传感器检测系统压力；
● 显示屏指示当前系统压力； ● 5.1 程序设定 通过设定各类参数，所测信号的赋值是不同的，可应用于各自不同的应用。（见9、11.1节） 5.2 EHEDG 3A 部件已通过EHEDG 和3A 认证。 5.3 应用 1）如显示到负值小数点后两位，小数点前的0不会显示。如：-0.05显示为-.05 不同显示单位的标示方式封装与设备中，选取传感器上各自的标示或填入空白的标示。 勿使静态或动态的过压超过给定的过载压力。 任何高于爆破压力的瞬时压力都会损伤设备（损伤危险）！
6操作模式 6.1 运行模式（Run mode） 正常操作模式。 当所需电压已经提供时，设备处于运行模式。根据设定参数监视并产生输出信号。 显示屏指示当前系统压力（见11.1节）。 红色发光二极管指示输出的状态切换。 6.2 显示模式（Display mode） 参数指示和参数值设定。 按下Mode/Enter按键，设备进入可以读取参数值的显示模式。此时内部的传感、处理和输出功能仍然继续进行。 ●用Mode/Enter按键选取需要设定的参数； ●按下Set按键，相应的参数值会显示15秒。再经过15秒设备返回运行模式。 6.3 编程模式（Programming mode） 参数值的设定。 看见参数值时，按住Set键5秒以上，设备进入编程模式。Set键改变参数值，按下Mode/Enter键确定新的参数值。该模式期间设备仍将按之前的参数继续进行感应、处理和输出计算，直到新的参数值确定。如果15秒内未按下任何按键，设备将返回运行模式。 7安装 装配和拆除传感器时，确定系统没有承受压力。 7.1 工艺适配器 该设备可采用单独购买的ifm适配器作为其附件。 首先将适配器（C）安装到传感器上，然后传感器+适配器通过螺母、钳位法兰或其他类似原件（B）装上工艺连接件。 （图）P.23
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 L R 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 ?- ?+ ?=?ρ ρ （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。 基底片：基底将构件上的应变准确地传递到敏感栅上去．因此基底必须做得很薄，一般为0.03～0.06毫米，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起，另外它还具有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性．基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。 引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1-0.2毫米低阻镀锡钢丝制成，并与敏感栅两输出端相焊接，覆盖片起保护作用．
压力传感器原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．压力传感器原理 一些常用传感器原理及其应用: 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω?cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长
目录 1 概述 2 工作原理 1. 2.1 电阻应变片 2. 2.2 陶瓷型 3 选型要点 4 常见故障 5 四个无法避免的误差 6 抗干扰措施 7 八大发展趋势 将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。压力传感器广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 力学传感器的种类繁多，但常用的压力传感器有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器，光纤压力传感器等。应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 压力传感器是使用最为广泛的一种传感器。传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量轻，不能提供电学输出。随着半导体技术的发展，半导体压力传感器也应运而生。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是随着MEMS技术的发展，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高。 压阻式应变压力传感器的主要由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成。 电阻应变片
一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变 电阻应变片内部结构 片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变， 使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 金属电阻应变片的内部结构 如图所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 惠斯通原理
CY200数字压力传感器 使用手册 成都泰斯特电子信息有限公司 2014年4月
目录 1.CY200数字压力传感器简介 ................................................. - 1 - 2.CY200结构及附件 (2) 2.1. CY200结构及尺寸 (2) 2.2. 485-USB转换器 (2) 2.3. Pin5-Pin5连接线 (3) 2.4. 485-20集线器 (3) 3.CY200的连接方式 (3) 4.压力测试软件 (5) 4.1. 网络设置 (5) 4.2. 网线定义 (6) 4.3. 驱动的安装 (6) 4.4. 插件程序安装 (9) 4.5. Smart Sensor4.10 应用程序安装 (11) 5.Smart Sensor使用说明 (14) 5.1. 传感器连接 (14) 5.2. 采集参数设置 (16) 5.3. 传感器参数设置 (16) 5.4. 观察曲线分析 (17) 6.常用快捷功能键 (18) 7.数据查看、保存及回放 (23) 7.1. 观察传感器即时值 (23) 7.2. 数据保存及其他 (23) 8.附录_Smart Sensor压力测试系统 (26) 8.1. 附录1 二进制数据.stst文件格式 (26) 8.2. 附录2 文本文件格式 (26)
1.CY200数字压力传感器简介 CY200系列智能数字压力传感器用目前国际最新的SOC（单片机系统）芯片，结合MEMS加工的压阻硅晶体为敏感器件，充分利用微处理器的处理和存储能力，实现对敏感部件拾取的压力信号进行滤波、放大、A/D转换、校正等功能，直接输出可显示存储的数字信号。 CY200系列智能数字压力传感器融合了高精密度、高稳定度参考源技术、信号采集处理、通讯、总线等一系列的高新技术，为成都泰斯特公司又一自主研制成功的的高技术含量产品。 ●数字化：数字量输出，无需其它数据采集设备，直接在计算机上读出压力值； ●智能化：内置电子表单，设备编号、量程、校正参数自动加载； ●高精度：24位A/D转换器； ●便捷：485总线，长线传输，USB即插即用，同时拥有； ●网络化：自动寻址，TCP/IP协议组成网络化压力测试系统； ●使用灵活：单只、多只、远距离传输、分布式网络等都有解决方案； ●支持专用：通讯协议开放，自有技术，支持专用开发。 CY200智能数字压力传感器系列下，有细分型号，如CY201、CY205，未特别标明处，本说明书均适用。