智能消防壓力表電論文,智能,消防,壓力表,智能消防壓力表 智能消防壓力表電論文 .........................................................力測(cè)量的一般方法的比較與選定 ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................感器 ..............................................................................................................................................................彈性元件的要求 ..........................................................................................常見的彈性元件 ..........................................硬化不銹鋼材料介紹 ................................................................................彈性元件的參 數(shù)計(jì)算 ......................................截面積的計(jì)算 ............................................柱高 ....................................................................................的選擇 ............................................................................................應(yīng)變計(jì)敏感柵的材料 ................................................................................幾何尺寸 ................................................金屬箔式應(yīng)變片 ..........................................基于彈性體結(jié)構(gòu)和測(cè)量要求選用應(yīng)變片的參數(shù)： ....................................................................測(cè)量電路原理分析及設(shè)計(jì) ...............................................................................................電橋電路原理 ............................................非線性誤差 ......................................................................................電橋轉(zhuǎn)換電路 ............................................放大電路和共模補(bǔ)償電路 .................................. 電路調(diào)零調(diào)幅電路 ..............................................................................電橋放大電路各元件參數(shù)及其輸出電壓的計(jì)算 .......................................................................... 度傳感器 ........................................... 恒流源介紹 ..............................................壓 ........................................ 邊電路圖 ............................................ 概述 .................................................... 工作原理 ................................................279單片機(jī)的性能及結(jié)構(gòu) ....................................... 芯片引腳功能說明 ........................................ 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 展簡(jiǎn)介： .......................................... 印制板圖 ................................................序流程圖如下 ...............................................面板示意圖及案件說明： .....................................表參數(shù)的設(shè)置流程 ...........................................考文獻(xiàn) .............................................................理：壓力表通過表內(nèi)的敏感元件（波 登管、膜盒、波紋管）的彈性形變，再由表內(nèi)機(jī)芯的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將壓力形變傳導(dǎo)至指針，引起指針轉(zhuǎn)動(dòng)來顯示壓力。 造： 溢流孔： 若發(fā)生波登管爆裂的緊急情況的時(shí)候，內(nèi)部壓力將通過溢流孔向外界釋放，防止玻璃面板的爆裂。注：為了保持溢流孔的正常性能，請(qǐng)?jiān)诒砗竺媪舫鲋辽?10空間，不要改造或塞住溢流孔。 指針： 除標(biāo)準(zhǔn)指針外，其他指針也是可選的。（零調(diào)指針最大值指針或設(shè)定指針）請(qǐng)?jiān)谶x型表中列出。 玻璃面板： 除標(biāo)準(zhǔn)玻璃外，其他特殊材質(zhì)玻璃，如強(qiáng)化玻璃，無反射玻璃也是可選的。 性能分類： 普通型（標(biāo)準(zhǔn)）、蒸汽用普通型（ M）、耐熱型（ H）、耐振型（ V）、蒸汽用耐振型（ 熱耐振型（ 用途區(qū)分參考 登管壓力表標(biāo)準(zhǔn)。 處理方式： 禁油 /禁水處理?在制造時(shí)除去殘留在接液部的水或油。 外裝指定： 殼體顏色?除標(biāo)準(zhǔn)色以外，清特別注明。 節(jié)流閥：（可選） 為了減小脈動(dòng)壓力，節(jié)流閥安裝在壓力入口處。 脈動(dòng)壓力： 由于壓力發(fā)生器中泵的脈動(dòng)特性，使壓力表的特診曲線振幅較大。這對(duì)壓力表是非常有害的。 連接方 式： 本產(chǎn)品連接部有三種連接方式： 釬焊?用于銅類材質(zhì)的連接 銀銅釬焊?用于銅類材質(zhì)和不銹鋼材質(zhì)之間連接 接?用于不銹鋼材質(zhì)之間連接 2. 壓力表術(shù)語(yǔ) 壓與負(fù)壓 對(duì)壓力與絕對(duì)壓力 空度（如圖） 力的表示方法 壓力有兩種表示方法：一種是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力；另一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。由于大多數(shù)測(cè)壓儀表所測(cè)得的壓力都是相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力也稱表壓力。 當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，可用容器內(nèi)的絕對(duì)壓力不足一個(gè)大氣壓的數(shù)值來表示。稱為”真空度”。它們的關(guān)系如下： 絕對(duì)壓力 =大氣壓力 +相對(duì)壓力 真空度 =大氣壓力 — 絕對(duì)壓力 我國(guó)法定的壓力單位為 N/㎡），稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕。由于此單位太小，因此常采用它的 106 倍單位 帕）。 性敏感元件：波登管、波紋管、 隔膜 波登管壓力表 波登管敏感元件是彎成圓形，截面積顯橢圓形的彈性 C 形管。測(cè)量介質(zhì)的壓力作用在波動(dòng)管的內(nèi)側(cè)，這樣波登管橢圓截面會(huì)趨于圓形截面。由于波登管微小 變形，形成一定的環(huán)應(yīng)力。此環(huán)應(yīng)力會(huì)使波登管向外延伸。由于彈性波登管頭部沒有固定，其就會(huì)產(chǎn)生小小變形，其變形的大小取決于測(cè)量介質(zhì)的壓力大小。波登管的變形通過機(jī)芯間接地由指針顯示測(cè)量介質(zhì)的壓力。 膜盒壓力表 膜盒敏感元件由兩塊連接在一起的顯圓形波浪的膜片組成。測(cè)量介質(zhì)的壓力作用在膜盒腔內(nèi)側(cè)，由此所產(chǎn)生的變形可用來間接測(cè)量介質(zhì)的壓力。壓力值的大小由指針顯示。膜盒壓力表一般用來測(cè)量氣體的壓力，并能測(cè)量微壓、過壓保護(hù)在一定程度上也是可以的。當(dāng)幾個(gè)膜盒敏感元件疊在一起后會(huì)產(chǎn)生較大的傳遞力來測(cè)量極微小的壓力。 向型、軸向型 徑向型：指壓力表的連接口徑與表盤成 I 型 軸向型：指壓力表的連接口徑與表盤 T 型 力測(cè)量的一般方法的比較與選定 壓力傳感器應(yīng)用廣泛、影響面寬，不只可以測(cè)量力和壓力，也可用于測(cè)量負(fù)荷、加速度、扭矩、位移、流量等其他物理量，它們都與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)，所以把這類傳感器稱為力學(xué)量傳感器。傳統(tǒng)的測(cè)量力的方法是利用彈性元件的形變和位移來表示的，其特點(diǎn)是成本低、不需要電源，但體積大、笨重、輸出為非電量。普遍應(yīng)用的有壓阻式、壓電式、電容式、電阻式、電感式等等。近幾年又發(fā)展了微 波傳感器、超聲波傳感器、生物傳感器、視覺傳感器、光纖式傳感器等傳感器。以下分別介紹一般常用的傳感器。 放大輸出型 標(biāo)定級(jí) 餅型 微型 超小型 罐筒型 同軸嵌入型 圓環(huán)柱型 條型 汽車工業(yè)用 表 電接點(diǎn)壓力表結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)如下： 壓力變化時(shí)，經(jīng)由指針位置的上下移動(dòng) ,進(jìn)而帶動(dòng)電磁接點(diǎn)的開或關(guān)， 來控制馬達(dá)或電磁閥等訊號(hào)的動(dòng)作。 防止火花燒蝕現(xiàn)象，正常使用情況下 ,使用壽命可達(dá)一百萬次以上。 離動(dòng)作精確而且靈敏度高，特別適用于壓力變通介質(zhì)壓力脈沖頻繁時(shí)之操作情況，可避免電接點(diǎn)的開關(guān)頻繁而損壞設(shè)備。 可選用不銹鋼材質(zhì)的巴登管及內(nèi)機(jī)，外殼。不銹鋼材質(zhì)的巴登管及內(nèi)機(jī)，外殼，可適用于腐蝕性較強(qiáng)的適合不銹鋼組件檢測(cè)的介質(zhì)和惡劣的外部腐蝕環(huán)境中，同時(shí)滿足激烈震 動(dòng)之場(chǎng)所 ,介質(zhì)壓力脈沖頻繁的工作環(huán)境中，使用壽命耐久 ,長(zhǎng)期間使用精度準(zhǔn)確，可靠性較好！也可以選用充液式的，有充甘油和充硅油，依客戶要求而定，充液可以起到阻尼做用，有效減輕工作設(shè)備對(duì)壓力表內(nèi)機(jī)的震動(dòng)力影響，在動(dòng)力壓力脈沖頻繁的工作環(huán)境中，也可防止過壓或瞬間降壓引起的對(duì)壓力表指針的沖擊，同時(shí)也能有效保證在強(qiáng)震環(huán)境下儀表能可靠工作！ 合磁石 (提供之磁力矩 (具備快速動(dòng)作 (功效，能快速準(zhǔn)確傳遞訊號(hào)， 以及時(shí)控制設(shè)備，以確保設(shè)備系統(tǒng)正常工作！ O 組合方式，加上連桿簧片 (快速動(dòng)作，可使接觸點(diǎn)不易焦黑積碳，進(jìn)而達(dá)到快速接合及脫離的目的，能確保設(shè)備能夠被有效控制。 運(yùn)作力矩小，抗傳導(dǎo)，絕緣佳，提供快速接點(diǎn)開關(guān)最佳的靈敏度和安全性。專用紅寶石軸承，因其硬度超群，更有耐磨損的優(yōu)點(diǎn)，可有效延長(zhǎng)使用壽命。 接點(diǎn)開關(guān)多層保護(hù)，更可延長(zhǎng)使用壽命。 設(shè)定間距可小于 10提供更寬廣，便利的設(shè)定空間。 流特性穩(wěn)定，用于 方便又安全。 特別用于石油化工工業(yè)，可防止接觸點(diǎn)直接撞擊開關(guān)所產(chǎn)生的電氣火花現(xiàn)象。 行穩(wěn)定，可靠。 用簡(jiǎn)便，靈活。 量輕，有多種外形尺寸和壓力接口方式，適合在多種場(chǎng)合用。 械式電接點(diǎn)壓力表與電子式產(chǎn)品價(jià)位相比更經(jīng)濟(jì)。 結(jié)構(gòu)原理： 儀表由測(cè)量系統(tǒng)、指示裝置、磁助電接點(diǎn)裝置、外殼、調(diào)節(jié)裝置及接線盒等組成。 當(dāng)被測(cè)壓力作用于彈簧管時(shí)，其末端產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形 — 位移，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后，由指示裝置在度盤上指示出來。同時(shí)指針帶動(dòng)電接點(diǎn)裝置的活動(dòng)觸點(diǎn)與設(shè)定指針上的觸頭（上限或下限）相接觸的瞬時(shí)，致使控制系統(tǒng)接通或斷開電路，以達(dá)到自動(dòng)控制和發(fā)信報(bào)警的目的。 在電接點(diǎn)裝置的電接觸信號(hào)針上，有的裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鋼，可以增加接點(diǎn)吸力，加快接觸動(dòng)作，從而使觸點(diǎn)接觸可靠，消除電弧，能有效地避免儀表由于工作環(huán)境振動(dòng)或介質(zhì)壓力脈動(dòng)造 成觸點(diǎn)的頻繁關(guān)斷。所以該儀表具有動(dòng)作可靠、使用壽命長(zhǎng)、觸點(diǎn)開關(guān)功率較大等優(yōu)點(diǎn)。 電器原理： 以控制壓縮機(jī)電機(jī)為例：儲(chǔ)氣灌壓力到達(dá)下限自動(dòng)開啟，到達(dá)上限自動(dòng)停機(jī)。 控制過程如下：在壓力到達(dá)（或開機(jī)時(shí)低與）下限時(shí)，電接點(diǎn)壓力表的活動(dòng)觸點(diǎn)（電源共公端）與下限觸頭接通，繼電器 其常開觸頭閉合驅(qū)動(dòng) 動(dòng)機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)壓力到達(dá)上限時(shí)，活動(dòng)觸點(diǎn)與上限觸頭接通，繼電器 常閉觸頭斷開，切斷 常開點(diǎn)斷開， 機(jī)停轉(zhuǎn)。 如此往復(fù)，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。 不銹鋼差壓表 詳細(xì)說明： 一、用途說明： 以下簡(jiǎn)稱儀表 )適用于化工、化纖、冶金、電力、核電等工業(yè)部門的工藝流程中測(cè) 量各種液 (氣 )體介質(zhì)的差壓、流量等參數(shù)。儀表結(jié)構(gòu)全部采用不銹鋼制成，其中的測(cè)量系統(tǒng)（雙波紋管及連接部件）、導(dǎo)壓系統(tǒng)（包括接頭、導(dǎo)管等）采用特種奧氏體不銹鋼制成，具有較強(qiáng)的耐腐蝕及抗工作環(huán)境侵蝕影響。儀表整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工藝先進(jìn)、具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、外觀新穎、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。儀表接頭 的連接形式有平行式（可直接與三閥組連接）和斜式兩種，能夠適應(yīng)不同用戶的配套安裝。 二、結(jié)構(gòu)原理： 儀表采用雙波紋管結(jié)構(gòu)，即兩只波紋管分別安裝在“工”字型支架兩側(cè)的對(duì)稱位置上?！肮ぁ弊中椭Ъ艿纳舷聝啥朔? 別為活動(dòng)端和固定端，中間由彈簧片相連接；兩只波紋管呈平行狀態(tài)，分別用導(dǎo)管與表殼上的高低壓接頭相連接；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接安裝在支架的固定端，并通過拉桿與支架的活動(dòng)端相連接；度盤則直接固定在齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。 儀表的工作原理：基于感壓元件采用兩只具有相同剛度的波紋管，因此在 同一被測(cè)介質(zhì)下迫使其產(chǎn)生相同的集中力分 別作用于活動(dòng)支架上，由于彈簧片兩側(cè)在等力矩作用下不產(chǎn)生擾度，故支架還處于原始位置，這樣齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也不動(dòng)作，使指針仍指在零位。 當(dāng)施加不同壓力（一般高壓端高于低壓端）時(shí)，兩波紋管作用在活動(dòng)支架上的力則不相等，使分別產(chǎn)生相應(yīng)的位移， 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。其中半導(dǎo)體電阻材料有結(jié)晶的硅和鍺，摻入雜質(zhì)形成 型半導(dǎo)體。壓阻式傳感器便是 利用單晶硅材料的 壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。 利用半導(dǎo)體材料做成的壓阻式傳感器有兩種類型：一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成的粘貼式應(yīng)變片；另一類是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，稱擴(kuò)散型壓阻傳感器。壓阻式傳感器靈敏系數(shù)大，分辨率高，頻率響應(yīng)高，體積小。它主要用于測(cè)量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料對(duì)溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補(bǔ)償。圖 圖 種微型壓阻式傳感器的膜片 圖 阻式傳感器實(shí)物圖 電式傳感器 壓電式傳感器以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理。按轉(zhuǎn)換方式可以分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。當(dāng)某些物質(zhì)在外力作用下變形時(shí)，某些相應(yīng)表面上就會(huì)產(chǎn)生異種電荷，去掉外力后又回到不帶電狀態(tài)。這種沒有外電場(chǎng)只是形變產(chǎn)生的極化現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)。在這些物質(zhì)上施加電場(chǎng)時(shí)不僅產(chǎn) 生極化同時(shí)還產(chǎn)生了應(yīng)力或應(yīng)變，去掉電場(chǎng)后，該物質(zhì)的變形隨之消失，把這種電能變成機(jī)械能的現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)。壓電式傳感器的工作原理是以物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，它是一種發(fā)電式傳感器。 由于壓電轉(zhuǎn)換元件具有自發(fā)電和可逆兩種重要功能，加上它的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，固有頻率高，靈敏度和信噪比高、 動(dòng)態(tài)特性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，因此， 30多年來壓電式傳感器的應(yīng)用獲得飛躍的發(fā)展。 壓電轉(zhuǎn)換元件的主要缺點(diǎn)是無靜態(tài)輸出，阻抗高，需要低電容的低噪聲電纜，許多壓電材料的工作溫度只有 250度左右。 按彈性敏感元件和受力 機(jī)構(gòu)的形式， 壓電式傳感器 可分為膜片式和活塞式兩類。 圖 片式壓電傳感器 圖 片式壓電傳感器 圖 電傳感器實(shí)物圖 容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種裝置，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。 電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易實(shí)現(xiàn)非 接觸測(cè)量等突出的優(yōu)點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，它所存在的易受干擾和分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服，而且還開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器。因此它廣泛應(yīng)用于壓力、位移、加速度、液位、成分含量等測(cè)量之中。 電容式傳感器的基本原理可以用平板電容器說明。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容 C=????? SS 中δ， ，中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容 C。δ和 可以間接反映壓力、加速度等的變化 ；ε的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常僅改變?chǔ)摹?發(fā)生變化。所以電容式傳感器可分為三種基本類型：變極距 (變間隙 )(δ )型（如圖 變介電常數(shù) (ε )型（如圖 變面積型（ S）型（如圖 示）。 d 0 圖 1 . 5 變 極 距 型 電 容 式 傳 感 器 圖 容式傳感器實(shí)物圖 A B d 0 d 1 ? 0 ? 1 圖 變 介 電 常 數(shù) 型 電 容 式 傳 感器 d a b x (a)角位移式 (b)直線位移式 圖 變面積型電容式傳感器 變式傳感器 應(yīng)變式傳感器也稱應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng) ,將測(cè)量物體的變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 設(shè)有一根長(zhǎng)度為 面積為 S，電阻率為ρ的金屬絲，在未受力時(shí)，原始電阻為： R=ρ阻絲受到軸向拉力 伸長(zhǎng)Δ L，橫截面積相應(yīng)減小Δ S， 電阻值Δ 由材料力學(xué)知： 其中： 材料及徑向有關(guān)； 忽略壓阻效應(yīng)，并根據(jù)有關(guān)的力學(xué)應(yīng)變關(guān)系可得到公式如下 ： ?????????0)21(2 ????????=0k 見在金屬電阻絲的拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成正比。 應(yīng)變式傳感器類型有：金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄膜應(yīng)變片三種。 特點(diǎn)：① 可測(cè)微應(yīng)變 1m，且精度高、性能穩(wěn)定； ② 尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快； ??????? ???? ??r Δ r F L Δ L 圖 1. 9 金 屬 電 阻 應(yīng) 變 效 應(yīng) ③ 測(cè)量范圍大； ④環(huán)境要求不高； ⑤ 便于多點(diǎn)測(cè)量。 圖 阻應(yīng)變片組成圖 圖 變式傳感器實(shí)物圖 感式壓力傳感器 在電感式壓力傳感器中，大都采用變隙式電感作為檢測(cè)元件，它和彈性元件組合在一起構(gòu)電感式壓力傳感器。檢測(cè)元件由線圈、鐵芯、銜鐵組成，銜鐵安裝在彈性元件上。在銜鐵和鐵芯之間存在著氣隙δ，它的大小隨著外力 線圈的電感 L 可按下式計(jì)算，即 L=中 1／ H)，表示物質(zhì)對(duì)磁通量所呈現(xiàn)的阻力。磁通量的大小不但和磁勢(shì)有關(guān)，而且也和磁阻的大小有關(guān)；當(dāng)磁勢(shì)一定時(shí)，磁路上的磁阻越大，則磁通量越小。磁路上氣隙的磁 阻比導(dǎo)體的磁阻大得多。假設(shè)氣隙是均勻的，且導(dǎo)磁截面與鐵芯的截面相同，在不考慮磁路中的鐵損時(shí)，磁阻可表示為： A 021 ??? ?式中 m)； μ為導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率 (H／ m)； δ為氣隙 |量 (m)； μ0為空氣的導(dǎo)磁率 (4π× 10m)。 由于 μ0>2D+L (3式中 于空心的圓柱為 H≥ (3因此，經(jīng)比較分析選取空心圓柱作為彈性體。 面積的計(jì)算 根據(jù)上表可以比較 , 本次的傳感器采用不銹鋼 查表得? s=1200=200 根據(jù)許用應(yīng)力計(jì)算公式 [? ]=當(dāng)安全系數(shù)得： ? ? M P 0 021 2 0 0 ??? ??根據(jù)公式 (3得： ? ? 27m a 71060 1 0 0 0 0)(4 ????? ??又因?yàn)閼?yīng)變片的應(yīng)變比為 800με 取ε 0=1000με當(dāng)彈性體的應(yīng)變比ε 1小于 ，得到以下關(guān)系式： ε 1= P??ε 0 2690m a 0 010200 1 0 0 0 0 ????? ??當(dāng)彈性體的截面積同時(shí)大于 才能滿足整體的設(shè)計(jì)要求。 S =1 ， 為了使傳感器過載 50%時(shí)不至于損壞可是當(dāng)增大其面積： ? ? 22 7550%501 ??? 彈性元件的外徑 則會(huì)由于力的偏心造成很大的誤差。在實(shí)際計(jì)算時(shí)先按照額定載荷 F，根據(jù)材料的參數(shù)求得 [? ]=600 D=由式 (3： ??? ][42 ?? ? 0 0 0 041030 622 ??? ??? ? ? 取 d＝ 樣空心管的壁厚為： t＝ 21 ??高 h 及其他尺寸的確定 為了防止彈性元件受壓時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，柱高 又必須使應(yīng)變片能夠反映截面應(yīng)變的平均值，這里選用彈性元件工作段的長(zhǎng)度為： )( ?? 取 H＝ 7于壁很薄，還必須檢驗(yàn)是否會(huì)出現(xiàn)局部失穩(wěn)。薄壁管的失穩(wěn)臨界應(yīng)力公式為： )1(3)(21 2???? ? ?????????????4130)超過滿量程 150%的情況下，彈 性元件截面中的應(yīng)力為： ? ? ???????因此，受力超過滿量程的 150%時(shí)的應(yīng)力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的比例極限和臨界應(yīng)力這表明該元件不會(huì)出現(xiàn)彈性失穩(wěn)。 此外，在兩端需有螺紋孔，以便連接螺栓，選用螺孔為 的許用載荷大于 10000N。 阻應(yīng)變片類型的選擇 電阻應(yīng)變計(jì)簡(jiǎn)稱應(yīng)變計(jì)（亦稱為電阻應(yīng)變片或簡(jiǎn)稱應(yīng)變片）。它由四個(gè)部分組成。 第一是電阻絲（敏感柵），它是應(yīng)變計(jì)的轉(zhuǎn)換元件。 第二是基底和面膠（或覆蓋層）?；资菍㈤L(zhǎng)肝氣彈性體表面的應(yīng) 變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì)，并起到電阻絲與彈性體之間的絕緣作用，面膠起著保護(hù)電阻絲的作用。 第三是粘合劑，它將電阻絲與基底粘貼在一起。 第四是引出線，它作為聯(lián)結(jié)測(cè)量導(dǎo)線之用。 電阻應(yīng)變片主要分為電阻絲式應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片和金屬薄膜應(yīng)變片。由于電阻絲式應(yīng)變 片有橫向效應(yīng) 對(duì)測(cè)量的精度有影響，使靈敏度降低，而且耐疲勞性能不高。金屬薄膜應(yīng)變片尚難控制電阻與溫度的變化關(guān)系，不常用。故選用金屬箔式應(yīng)變片。 箔式應(yīng)變片的主要優(yōu)點(diǎn)： (1)本身性能穩(wěn)定，受溫度變化的影響??； (2)使用溫度范圍比較寬，在 +350 度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作； (3)適用于各種彈性體材料及彈性結(jié)構(gòu)形式，粘貼操作簡(jiǎn)便； (4)價(jià)格便宜。 (a)單軸的 (b)測(cè)扭矩的 (c)多軸的 (應(yīng)變花 ) 圖 變計(jì)的材料 變計(jì)敏感柵的材料 (1)材料的選用原則 應(yīng)變計(jì)敏感柵合金材料的選擇對(duì)制作應(yīng)變計(jì)性能的好壞起著決定性的作用，因此對(duì)制作應(yīng)變計(jì)所用的應(yīng)變電阻合金有以下的要求： 有足夠的熱穩(wěn)定性； 壓碾或拉伸性能好，高溫時(shí)耐氧化性能要好，耐腐蝕性能強(qiáng)； (2)常用的應(yīng)變計(jì)材料 目前國(guó)內(nèi)還沒有一種金屬材料能滿足上述全部要求，因此在選用時(shí)，只能給予綜合考慮，常用的有康銅、鎳鉻、卡瑪合金、鎳鉻硅錳等合金。其各自性能分別如下： 電阻溫度系數(shù)較小而且穩(wěn)定，同時(shí)它的 但在變形的彈性范圍 進(jìn)入塑性范圍后，亦基本保持為常數(shù)。所以用康銅作為敏感柵的音變機(jī)，測(cè)量范圍大，可用于大應(yīng)變測(cè)量 （達(dá) 22％）。 對(duì)康銅用不同的方法進(jìn)行加工、不同的熱處理、或者改變合金成份的比例，可以改變它的電阻溫度系數(shù)（由負(fù)值到正值有較大的范圍），利用這種特性可以制造溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。在靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，康銅的工作溫度達(dá) 300° C，在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，可用到 400° C。它可以在高的流體徑壓力下和核輻射的環(huán)境下工作。 具有較高的電阻率，適于制造小標(biāo)距的應(yīng)變計(jì)。但電阻溫度系數(shù)較大，主要用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，使用溫度可達(dá) 800° C。 在鎳鉻合金中加入少量的其它金屬或元素，可以改善合金的性能。例如 摻入少量的鐵、鋁可制成卡瑪合金（ 6摻入少量的銅、鋁可制成 6電阻率提高和降低電阻溫度系數(shù)，是指成為更好的適于靜態(tài)測(cè)量的材料。 其電阻率較高，靈敏系數(shù)較大，而電阻溫度系數(shù)比鎳鉻合金小得多，比銅鎳合金大。 靈敏系數(shù)較高，可達(dá) 由于它的電阻溫度系數(shù)大（比康銅大 6倍以上），同時(shí) 別為 使其應(yīng)用范圍受到限制，它值適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。 結(jié)論 ：綜上所述，本課程設(shè)計(jì)采用的材料是康銅。 變計(jì)主要參數(shù)的確定 何尺寸 幾何尺寸在能夠使得彈性元件的應(yīng)變得到充分響應(yīng)，即可選用。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù) 。因?yàn)樗x的為塑性材料， 則許用應(yīng)力 ? ? M P an 0 021012 00 6 ???? ?? 根據(jù)? =? ? ? ? 41161 0 ??????? E?? 因?yàn)?1 ????????? ????，且，R=120Ω， 0 7 5 ??????R R?所以 ? ? 42 ??? S??因?yàn)???1? ＜ ? ?2? ；所以應(yīng)取 ??1? ?? 進(jìn)行計(jì)算。 傳感器受壓軸的截面面積為： ? ? ? ? 244111 0 0 0 0 ? ???????? ??因?yàn)槭芰γ娣e較小，故受壓軸使用圓筒 (空心柱式 )式結(jié)構(gòu)。 傳感器的靈敏系數(shù)的確定（檢驗(yàn)應(yīng)變片的靈敏 度是否符合要求） 根據(jù)公式： ? ?)2(1 1 ?? ?310? 其中：μ為材料的泊松比； ?? ?1 得此傳感器的靈敏系數(shù)為： ? ? )2(11 ?? ? ? ? 114223 ??????? ????? ?）（ 因?yàn)?S＜ 所以應(yīng)變片的靈敏度符合要求。 屬箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變計(jì)的敏感柵是 用厚度為 用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成。基底是在箔的另一面涂上樹脂膠，經(jīng)過加溫聚合而成，基底的厚度一般為 圖 圖 感柵的尺寸 于彈性體結(jié)構(gòu)和測(cè)量要求選用應(yīng)變片的參數(shù)： 型號(hào) 敏感柵尺寸（寬×長(zhǎng)） 料 阻值 靈敏度 K 基底 *5 箔式 120Ω 醛膠基 表 綜合上述分析計(jì)算，次課程設(shè)計(jì)選用 圖 5.1 表 5.1 感器外形尺寸 6 測(cè)量電路原理分析及設(shè)計(jì) 量程 ?1 ?2 ?3 ?4 2 － M 6 48 54 32 70 54 26 5 6 48 54 32 70 54 26 5 1t 30 64 64 40 90 70 35 6 5t 30 64 64 40 90 70 35 6 10t 45 84 88 52 130 105 55 8 20t 45 84 88 52 130 105 55 8 25t 55 104 108 70 150 120 60 10 30t 55 104 108 70 150 120 60 10 橋電路設(shè)計(jì) 橋電路原理 應(yīng)變片將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化成電阻的相對(duì)變化Δ R/R,還要把電阻的變化再轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，才能用電測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量。 由于機(jī)械應(yīng)變一般均 很小，從而電阻應(yīng)變式的電阻變化范圍也很小，直接測(cè)量出這一微小變化比較困難，所以一般利用橋式測(cè)量電路來精確測(cè)量出這些小的電阻變化。 電橋電路的原理是：如下圖的四臂電橋所示，因?yàn)閼?yīng)變片電阻值變化很小，可以認(rèn)為電源供電電流為常數(shù)，即加在電橋上的電壓也是定值，假定電源為電壓源，內(nèi)阻為零。當(dāng)電橋平衡時(shí)，即電橋輸出電壓 2 圖 2 當(dāng)電橋后面接放大器時(shí)，放大器的輸入阻抗都很高，比電橋的輸出電阻大很多，因此可以把電橋輸出端看成是開路。若電橋不平衡時(shí)，即 橋輸出： )((432142310 ???? 恰好選擇各橋臂電阻，可消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應(yīng)變片輸出有關(guān)。 單臂電橋時(shí)，令 2,4,3,定值電阻，在應(yīng)變片 電阻 R,此時(shí)電橋的靈敏度為： (U/4)(△ 1) 線性誤差 電橋電路的非線性誤差為：γ L=△ R 上面各式表明，當(dāng)電源電壓 橋的輸出電壓及電壓靈敏度將與各臂阻的大小無關(guān)。 直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是高穩(wěn)定度直流電源 易于獲得，電橋調(diào)節(jié)平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器及測(cè)量電路分布參數(shù)影響小，測(cè)量中常用直流電橋。 為減少非線性誤差，電橋電路常用的措施為： ① 采用差動(dòng)電橋； ② 采用恒流源電橋。為了提高電橋靈敏度或進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在橋臂中往往安置兩個(gè)應(yīng)變片，電橋也可采用四臂差動(dòng)電橋，其輸出電壓為： △ R/R 所以，本設(shè)計(jì)所選用的是全橋形式的差動(dòng)電橋，且為提高電橋靈敏度或進(jìn)行溫度補(bǔ)償，每個(gè)橋臂都安置兩個(gè)應(yīng)變片。 此外，由于在零壓力時(shí)，傳感器大約有 2且放大器有 輸入失調(diào)電壓，因此，用組成的電橋電路進(jìn)行零位調(diào)整。通過改變電位器的值，可改變補(bǔ)償電壓的大小，以使得零壓力時(shí) V，為了保證足夠的調(diào)整精度，電位器為多圈電位器。 換電路和信號(hào)放大電路 來自傳感器的信號(hào)通常都伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）。一般采用差動(dòng)輸入集成運(yùn)算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對(duì)稱，運(yùn)算放大器才具有理想特性。否則，放大器將有共模誤差輸出，其大小既與外接電阻對(duì)稱精度有關(guān)，又與運(yùn)算放大器本身的共模抑制能力有關(guān)。一般運(yùn)算放大器共模抑制比可達(dá) 80采用由幾個(gè)集成運(yùn)算 放大器組成的測(cè)量放大電路，共模抑制比可達(dá)100～ 120 結(jié)合以上幾點(diǎn)，采用了低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成的三運(yùn)放高共模抑制比放大電路。具體的電路如圖所示 本電路主要分為三個(gè)部分，第一就是調(diào)理調(diào)幅電路，二就是電橋轉(zhuǎn)換電路，三就是增益放大電路，這里面還包括共模抑制電路。 橋轉(zhuǎn)換電路 電阻應(yīng)變片的電阻 2,4的電阻都為 350歐。由這四個(gè)電阻組成一個(gè)全橋放大電路。 大電路和共模補(bǔ)償電路 它由三個(gè)集成運(yùn)算放大器組成，其中 要指輸入阻抗，共模抑制比和 增益）的同向輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱（或稱同向并聯(lián)型）差動(dòng)放大輸入級(jí)， 來進(jìn)一步抑制 適應(yīng)接地負(fù)載的需要。 由輸入級(jí)電路可寫出流過 14 都電流 此求得 （ 1＋ （ 1＋ 是，輸入級(jí)的 輸入電壓，即運(yùn)算放大器 1輸出之差為 [1＋（ ]（ 其差模增益 （ 1＋（ ，當(dāng) 2性能一致時(shí)，輸入級(jí)的差動(dòng)輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而與共模輸出，失調(diào)及漂移均在 此電路具有良好的共模抑制能力 ，又不要求外部電阻匹配。但為了消除 常取 種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié) 不影響電路的對(duì)稱性。 根據(jù)共模抑制比定義，可求得輸入級(jí)的共模抑制比為 式中的 1、 當(dāng) 11、 13時(shí)，運(yùn)算放大器 10 整個(gè)電路的共模抑制比為 ( 式中 算放大器 為了獲得高的共模抑制比，必須選取集成運(yùn)算放大器 時(shí)精 選外接電阻，盡量使 11、 13精度應(yīng)控制在 。而且通常將輸入級(jí)的增益 出級(jí)的增益 種電路由于2的隔離作用，輸出級(jí)的外部電阻可以取得較小，有利于提高電阻的匹配精度，提高整個(gè)電路的共模抑制比 120模輸入電壓范圍為＋ 6～－ 10V，總增益 1～ 10000（ 如果在 可補(bǔ)償電阻的不對(duì)稱，獲得更高的共模抑制比。改變 它的原理是由運(yùn)放 第一級(jí)電路中， 1和 7和 入了深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋，兩運(yùn)放 按照上面的分析，可以計(jì)算出： 差模增益 14761 R d ???運(yùn)算放大器 0123 d ??電路的放大增益為： )1(147610123 R ??????所以設(shè)計(jì)的放大電路的放大倍數(shù)為： )1(14761012 R ????，試驗(yàn)中，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以調(diào)節(jié) 15 同時(shí)改變，達(dá)到調(diào)節(jié)增益的目的。而且放大增益很大，有很寬的調(diào)節(jié)范圍。 路調(diào)零調(diào)幅電路 如圖所示，通過調(diào)節(jié) 且可以在任何時(shí)候把電路調(diào)零，所以該電路稱為調(diào)零調(diào)幅電路。電路圖如下： 此電路靈敏度很大。 部件之間的輸入輸出關(guān)系 橋放大電路各元件參數(shù)及其輸出電壓的計(jì)算 根據(jù)上述對(duì)運(yùn)算放大電路分析，其輸入級(jí)的差模增益的14761 R d ???，10123 d ??。 為使電橋放大電路的輸出電壓范圍保證在 0～ 10便后接儀表或?yàn)锳/電橋放大電路的差模增益應(yīng)該為 80 左右。由于根據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)，可確定電橋放大電路各元件參數(shù)如下所示： ) ) ) ) ) 100K 100K 20K 40K 上表計(jì)算可得出 1 8 0) 0 01 0 01(2040)1(147610123 ????????????? K 電橋供電電壓 U=12橋放大電路的輸出電壓范圍為： 受拉時(shí)， A× 180×（ . 64224V 其中， 理論計(jì)算： 當(dāng)壓力 F=100N 時(shí)，有： M P 02(??????????????? 3102 2 ???? GP ?????????? ? 1 5 6 ?43 ?? ???????? ? 40 ??????? ?全橋運(yùn)放輸出： 6 4 2 2 ?????全橋運(yùn)放同理，當(dāng)壓力 F=1000 : , ??? , ??? VU 橋, 放其它依次類推可以求得 。 下面是我的一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量表：這個(gè)數(shù)據(jù)表在和前面不同的電橋供電電壓下測(cè)到的。 按照國(guó)際電工委員會(huì) 裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總 線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。根據(jù)使用場(chǎng)合和用途不同，現(xiàn)場(chǎng)總線又分為 2高速現(xiàn)場(chǎng)總線。 1總線為用于制造或過程區(qū)域的、通過兩根傳輸線向現(xiàn)場(chǎng)裝置供電的低速串行總線， 于裝置間傳送信息的高速串行總線。 2總線相輔相成構(gòu)成了完整的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡(luò)。 經(jīng)過長(zhǎng)達(dá) 15年的爭(zhēng)論， 于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)于 2000年初終于獲得通過，現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)逐漸隨之退潮， 場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)到此也完成了歷 史使命。為了進(jìn)一步完善 準(zhǔn)，續(xù)這方面的工作。 2001年 8月制定出由 10種類型現(xiàn)場(chǎng)總線組成的第三版現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它們是： 場(chǎng)總線、 P 現(xiàn)場(chǎng)總線、 F 場(chǎng)總線、 場(chǎng)總線、 F 場(chǎng)總線以及場(chǎng)總線，該標(biāo)準(zhǔn)于 2003年 4月成為正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。限于篇幅，本文對(duì) 10種類型總線做概要論述，并簡(jiǎn)單綜述上述總線近三年來的最新進(jìn)展。 場(chǎng)總線 場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分構(gòu)成： ? 1993標(biāo)準(zhǔn)的超集（ ? 超集； ? 功能超集； ? ? 超集； ? 功能超集； ? 1998 年之前， 總線主要采納 線和 線基本技術(shù)，并嚴(yán)格按照 于各種原因，經(jīng)過多輪投票未獲通過，只能按規(guī)定成為技術(shù)報(bào)告 此為基礎(chǔ)形成了現(xiàn)在的 國(guó)際電工委員會(huì)推薦的通用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1所示，從圖中可以看出現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，用于過程控制傳感器、執(zhí)行器和本地控制器之間的低級(jí)通信，可以與工廠自動(dòng)化的 現(xiàn)互連。在這里， 速率為 責(zé)兩線制向現(xiàn)場(chǎng)儀表供電，并能支持帶總線供電設(shè)備的本質(zhì)安全； 控管理級(jí)和高速工廠自動(dòng)化的應(yīng)用，其速率為 1 100 圖 1 通用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) P 現(xiàn)場(chǎng)總線 由 I)組織負(fù)責(zé)制定的 ? ? P。 場(chǎng)總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖 2所示。 用一種新的通信模式，即生產(chǎn)者 /客戶（ 式，這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，同時(shí)從單個(gè)數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù)，其主要特點(diǎn)是增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，提高了效率和實(shí)現(xiàn)精確的同步。網(wǎng)絡(luò)的媒體送取，通過限制時(shí)間存取