智能消防壓力表電論文

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)計算 ......................................截面積的計算 ............................................柱高 ....................................................................................的選擇 ............................................................................................應變計敏感柵的材料 ................................................................................幾何尺寸 ................................................金屬箔式應變片 ..........................................基于彈性體結構和測量要求選用應變片的參數(shù)： ....................................................................測量電路原理分析及設計 ...............................................................................................電橋電路原理 ............................................非線性誤差 ......................................................................................電橋轉換電路 ............................................放大電路和共模補償電路 .................................. 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單片機的性能及結構 ....................................... 芯片引腳功能說明 ........................................ 內(nèi)部結構 .............................................................................................. 展簡介： .......................................... 印制板圖 ................................................序流程圖如下 ...............................................面板示意圖及案件說明： .....................................表參數(shù)的設置流程 ...........................................考文獻 .............................................................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)機芯的轉換機構將壓力形變傳導至指針，引起指針轉動來顯示壓力。 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，請在表后面留出至少 10空間，不要改造或塞住溢流孔。 指針： 除標準指針外，其他指針也是可選的。（零調(diào)指針最大值指針或設定指針）請在選型表中列出。 玻璃面板： 除標準玻璃外，其他特殊材質(zhì)玻璃，如強化玻璃，無反射玻璃也是可選的。 性能分類： 普通型（標準）、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 登管壓力表標準。 處理方式： 禁油 /禁水處理?在制造時除去殘留在接液部的水或油。 外裝指定： 殼體顏色?除標準色以外，清特別注明。 節(jié)流閥：（可選） 為了減小脈動壓力，節(jié)流閥安裝在壓力入口處。 脈動壓力： 由于壓力發(fā)生器中泵的脈動特性，使壓力表的特診曲線振幅較大。這對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. 壓力表術語 壓與負壓 對壓力與絕對壓力 空度（如圖） 力的表示方法 壓力有兩種表示方法：一種是以絕對真空作為基準所表示的壓力，稱為絕對壓力；另一種是以大氣壓力作為基準所表示的壓力，稱為相對壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。 當絕對壓力小于大氣壓力時，可用容器內(nèi)的絕對壓力不足一個大氣壓的數(shù)值來表示。稱為”真空度”。它們的關系如下： 絕對壓力 =大氣壓力 +相對壓力 真空度 =大氣壓力 — 絕對壓力 我國法定的壓力單位為 N/㎡），稱為帕斯卡，簡稱帕。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。測量介質(zhì)的壓力作用在波動管的內(nèi)側，這樣波登管橢圓截面會趨于圓形截面。由于波登管微小 變形，形成一定的環(huán)應力。此環(huán)應力會使波登管向外延伸。由于彈性波登管頭部沒有固定，其就會產(chǎn)生小小變形，其變形的大小取決于測量介質(zhì)的壓力大小。波登管的變形通過機芯間接地由指針顯示測量介質(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。測量介質(zhì)的壓力作用在膜盒腔內(nèi)側，由此所產(chǎn)生的變形可用來間接測量介質(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量氣體的壓力，并能測量微壓、過壓保護在一定程度上也是可以的。當幾個膜盒敏感元件疊在一起后會產(chǎn)生較大的傳遞力來測量極微小的壓力。 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 力測量的一般方法的比較與選定 壓力傳感器應用廣泛、影響面寬，不只可以測量力和壓力，也可用于測量負荷、加速度、扭矩、位移、流量等其他物理量，它們都與機械應力有關，所以把這類傳感器稱為力學量傳感器。傳統(tǒng)的測量力的方法是利用彈性元件的形變和位移來表示的，其特點是成本低、不需要電源，但體積大、笨重、輸出為非電量。普遍應用的有壓阻式、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 標定級 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 電接點壓力表結構原理及特點如下： 壓力變化時，經(jīng)由指針位置的上下移動 ,進而帶動電磁接點的開或關， 來控制馬達或電磁閥等訊號的動作。 防止火花燒蝕現(xiàn)象，正常使用情況下 ,使用壽命可達一百萬次以上。 離動作精確而且靈敏度高，特別適用于壓力變通介質(zhì)壓力脈沖頻繁時之操作情況，可避免電接點的開關頻繁而損壞設備。 可選用不銹鋼材質(zhì)的巴登管及內(nèi)機，外殼。不銹鋼材質(zhì)的巴登管及內(nèi)機，外殼，可適用于腐蝕性較強的適合不銹鋼組件檢測的介質(zhì)和惡劣的外部腐蝕環(huán)境中，同時滿足激烈震 動之場所 ,介質(zhì)壓力脈沖頻繁的工作環(huán)境中，使用壽命耐久 ,長期間使用精度準確，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，有效減輕工作設備對壓力表內(nèi)機的震動力影響，在動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壓力表指針的沖擊，同時也能有效保證在強震環(huán)境下儀表能可靠工作！ 合磁石 (提供之磁力矩 (具備快速動作 (功效，能快速準確傳遞訊號， 以及時控制設備，以確保設備系統(tǒng)正常工作！ O 組合方式，加上連桿簧片 (快速動作，可使接觸點不易焦黑積碳，進而達到快速接合及脫離的目的，能確保設備能夠被有效控制。 運作力矩小，抗傳導，絕緣佳，提供快速接點開關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，可有效延長使用壽命。 接點開關多層保護，更可延長使用壽命。 設定間距可小于 10提供更寬廣，便利的設定空間。 流特性穩(wěn)定，用于 方便又安全。 特別用于石油化工工業(yè)，可防止接觸點直接撞擊開關所產(chǎn)生的電氣火花現(xiàn)象。 行穩(wěn)定，可靠。 用簡便，靈活。 量輕，有多種外形尺寸和壓力接口方式，適合在多種場合用。 械式電接點壓力表與電子式產(chǎn)品價位相比更經(jīng)濟。 結構原理： 儀表由測量系統(tǒng)、指示裝置、磁助電接點裝置、外殼、調(diào)節(jié)裝置及接線盒等組成。 當被測壓力作用于彈簧管時，其末端產(chǎn)生相應的彈性變形 — 位移，經(jīng)傳動機構放大后，由指示裝置在度盤上指示出來。同時指針帶動電接點裝置的活動觸點與設定指針上的觸頭（上限或下限）相接觸的瞬時，致使控制系統(tǒng)接通或斷開電路，以達到自動控制和發(fā)信報警的目的。 在電接點裝置的電接觸信號針上，有的裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鋼，可以增加接點吸力，加快接觸動作，從而使觸點接觸可靠，消除電弧，能有效地避免儀表由于工作環(huán)境振動或介質(zhì)壓力脈動造 成觸點的頻繁關斷。所以該儀表具有動作可靠、使用壽命長、觸點開關功率較大等優(yōu)點。 電器原理： 以控制壓縮機電機為例：儲氣灌壓力到達下限自動開啟，到達上限自動停機。 控制過程如下：在壓力到達（或開機時低與）下限時，電接點壓力表的活動觸點（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 動機得電運轉。 當壓力到達上限時，活動觸點與上限觸頭接通，繼電器 常閉觸頭斷開，切斷 常開點斷開， 機停轉。 如此往復，達到自動控制的目的。 不銹鋼差壓表 詳細說明： 一、用途說明： 以下簡稱儀表 )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 量各種液 (氣 )體介質(zhì)的差壓、流量等參數(shù)。儀表結構全部采用不銹鋼制成，其中的測量系統(tǒng)（雙波紋管及連接部件）、導壓系統(tǒng)（包括接頭、導管等）采用特種奧氏體不銹鋼制成，具有較強的耐腐蝕及抗工作環(huán)境侵蝕影響。儀表整體結構設計合理、工藝先進、具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、使用壽命長、外觀新穎、適應性強等優(yōu)點。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，能夠適應不同用戶的配套安裝。 二、結構原理： 儀表采用雙波紋管結構，即兩只波紋管分別安裝在“工”字型支架兩側的對稱位置上。“工”字型支架的上下兩端分 別為活動端和固定端，中間由彈簧片相連接；兩只波紋管呈平行狀態(tài)，分別用導管與表殼上的高低壓接頭相連接；齒輪傳動機構直接安裝在支架的固定端，并通過拉桿與支架的活動端相連接；度盤則直接固定在齒輪傳動機構上。 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 同一被測介質(zhì)下迫使其產(chǎn)生相同的集中力分 別作用于活動支架上，由于彈簧片兩側在等力矩作用下不產(chǎn)生擾度，故支架還處于原始位置，這樣齒輪傳動機構也不動作，使指針仍指在零位。 當施加不同壓力（一般高壓端高于低壓端）時，兩波紋管作用在活動支架上的力則不相等，使分別產(chǎn)生相應的位移， 固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應稱為壓阻效應。半導體材料的這種效應特別強。其中半導體電阻材料有結晶的硅和鍺，摻入雜質(zhì)形成 型半導體。壓阻式傳感器便是 利用單晶硅材料的 壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。 利用半導體材料做成的壓阻式傳感器有兩種類型：一種是利用半導體材料的體電阻做成的粘貼式應變片；另一類是在半導體材料的基片上用集成電路工藝制成擴散電阻，稱擴散型壓阻傳感器。壓阻式傳感器靈敏系數(shù)大，分辨率高，頻率響應高，體積小。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補償。圖 圖 種微型壓阻式傳感器的膜片 圖 阻式傳感器實物圖 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)生電荷的壓電效應為轉換原理。按轉換方式可以分為正壓電效應和逆壓電效應。當某些物質(zhì)在外力作用下變形時，某些相應表面上就會產(chǎn)生異種電荷，去掉外力后又回到不帶電狀態(tài)。這種沒有外電場只是形變產(chǎn)生的極化現(xiàn)象稱正壓電效應。在這些物質(zhì)上施加電場時不僅產(chǎn) 生極化同時還產(chǎn)生了應力或應變，去掉電場后，該物質(zhì)的變形隨之消失，把這種電能變成機械能的現(xiàn)象稱逆壓電效應。壓電式傳感器的工作原理是以物質(zhì)的壓電效應為基礎，它是一種發(fā)電式傳感器。 由于壓電轉換元件具有自發(fā)電和可逆兩種重要功能，加上它的體積小，重量輕，結構簡單，工作可靠，固有頻率高，靈敏度和信噪比高、 動態(tài)特性好、耐高溫等優(yōu)點，因此， 30多年來壓電式傳感器的應用獲得飛躍的發(fā)展。 壓電轉換元件的主要缺點是無靜態(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 機構的形式， 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 電傳感器實物圖 容式傳感器 電容式傳感器是將被測量的變化轉換成電容量變化的一種裝置，實質(zhì)上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。 電容式傳感器具有結構簡單、動態(tài)響應快、易實現(xiàn)非 接觸測量等突出的優(yōu)點。隨著電子技術的發(fā)展，它所存在的易受干擾和分布電容影響等缺點不斷得以克服，而且還開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器。因此它廣泛應用于壓力、位移、加速度、液位、成分含量等測量之中。 電容式傳感器的基本原理可以用平板電容器說明。當忽略邊緣效應時，其電容 C=????? SS 中δ， ，中的某一項或幾項有變化時，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。 實際應用時，常常僅改變δ、 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 應變式傳感器也稱應變片。電阻應變片的工作原理是基于導體的電阻應變效應 ,將測量物體的變形轉換為電阻變化的傳感器。現(xiàn)已廣泛應用于工程測量和科學實驗中。 當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬電阻的電阻應變效應。 設有一根長度為 面積為 S，電阻率為ρ的金屬絲，在未受力時，原始電阻為： R=ρ阻絲受到軸向拉力 伸長Δ L，橫截面積相應減小Δ S， 電阻值Δ 由材料力學知： 其中： 材料及徑向有關； 忽略壓阻效應，并根據(jù)有關的力學應變關系可得到公式如下 ： ?????????0)21(2 ????????=0k 見在金屬電阻絲的拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與軸向應變成正比。 應變式傳感器類型有：金屬絲式應變片，金屬箔式應變片，金屬薄膜應變片三種。 特點：① 可測微應變 1m，且精度高、性能穩(wěn)定； ② 尺寸小、重量輕、結構簡單，響應快； ??????? ???? ??r Δ r F L Δ L 圖 1. 9 金 屬 電 阻 應 變 效 應 ③ 測量范圍大； ④環(huán)境要求不高； ⑤ 便于多點測量。 圖 阻應變片組成圖 圖 變式傳感器實物圖 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元件，它和彈性元件組合在一起構電感式壓力傳感器。檢測元件由線圈、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 可按下式計算，即 L=中 1／ H)，表示物質(zhì)對磁通量所呈現(xiàn)的阻力。磁通量的大小不但和磁勢有關，而且也和磁阻的大小有關；當磁勢一定時，磁路上的磁阻越大，則磁通量越小。磁路上氣隙的磁 阻比導體的磁阻大得多。假設氣隙是均勻的，且導磁截面與鐵芯的截面相同，在不考慮磁路中的鐵損時，磁阻可表示為： A 021 ??? ?式中 m)； μ為導磁體的導磁率 (H／ m)； δ為氣隙 |量 (m)； μ0為空氣的導磁率 (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)許用應力計算公式 [? ]=當安全系數(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 ????? ??又因為應變片的應變比為 800με 取ε 0=1000με當彈性體的應變比ε 1小于 ，得到以下關系式： ε 1= P??ε 0 2690m a 0 010200 1 0 0 0 0 ????? ??當彈性體的截面積同時大于 才能滿足整體的設計要求。 S =1 ， 為了使傳感器過載 50%時不至于損壞可是當增大其面積： ? ? 22 7550%501 ??? 彈性元件的外徑 則會由于力的偏心造成很大的誤差。在實際計算時先按照額定載荷 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出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，柱高 又必須使應變片能夠反映截面應變的平均值，這里選用彈性元件工作段的長度為： )( ?? 取 H＝ 7于壁很薄，還必須檢驗是否會出現(xiàn)局部失穩(wěn)。薄壁管的失穩(wěn)臨界應力公式為： )1(3)(21 2???? ? ?????????????4130)超過滿量程 150%的情況下，彈 性元件截面中的應力為： ? ? ???????因此，受力超過滿量程的 150%時的應力還遠遠小于材料的比例極限和臨界應力這表明該元件不會出現(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。 阻應變片類型的選擇 電阻應變計簡稱應變計（亦稱為電阻應變片或簡稱應變片）。它由四個部分組成。 第一是電阻絲（敏感柵），它是應變計的轉換元件。 第二是基底和面膠（或覆蓋層）。基底是將長肝氣彈性體表面的應 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)結測量導線之用。 電阻應變片主要分為電阻絲式應變片、金屬箔式應變片和金屬薄膜應變片。由于電阻絲式應變 片有橫向效應 對測量的精度有影響，使靈敏度降低，而且耐疲勞性能不高。金屬薄膜應變片尚難控制電阻與溫度的變化關系，不常用。故選用金屬箔式應變片。 箔式應變片的主要優(yōu)點： (1)本身性能穩(wěn)定，受溫度變化的影響小； (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構形式，粘貼操作簡便； (4)價格便宜。 (a)單軸的 (b)測扭矩的 (c)多軸的 (應變花 ) 圖 變計的材料 變計敏感柵的材料 (1)材料的選用原則 應變計敏感柵合金材料的選擇對制作應變計性能的好壞起著決定性的作用，因此對制作應變計所用的應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，高溫時耐氧化性能要好，耐腐蝕性能強； (2)常用的應變計材料 目前國內(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，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，同時它的 但在變形的彈性范圍 進入塑性范圍后，亦基本保持為常數(shù)。所以用康銅作為敏感柵的音變機，測量范圍大，可用于大應變測量 （達 22％）。 對康銅用不同的方法進行加工、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)（由負值到正值有較大的范圍），利用這種特性可以制造溫度自補償應變計。在靜態(tài)應變測量時，康銅的工作溫度達 300° C，在動態(tài)測量時，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，適于制造小標距的應變計。但電阻溫度系數(shù)較大，主要用于動態(tài)應變測量，使用溫度可達 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 由于它的電阻溫度系數(shù)大（比康銅大 6倍以上），同時 別為 使其應用范圍受到限制，它值適用于動態(tài)測量。 結論 ：綜上所述，本課程設計采用的材料是康銅。 變計主要參數(shù)的確定 何尺寸 幾何尺寸在能夠使得彈性元件的應變得到充分響應，即可選用。 根據(jù)經(jīng)驗安全系數(shù) 。因為所選的為塑性材料， 則許用應力 ? ? M P an 0 021012 00 6 ???? ?? 根據(jù)? =? ? ? ? 41161 0 ??????? E?? 因為 1 ????????? ????，且，R=120Ω， 0 7 5 ??????R R?所以 ? ? 42 ??? S??因為 ??1? ＜ ? ?2? ；所以應取 ??1? ?? 進行計算。 傳感器受壓軸的截面面積為： ? ? ? ? 244111 0 0 0 0 ? ???????? ??因為受力面積較小，故受壓軸使用圓筒 (空心柱式 )式結構。 傳感器的靈敏系數(shù)的確定（檢驗應變片的靈敏 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 ??????? ????? ?）（ 因為 S＜ 所以應變片的靈敏度符合要求。 屬箔式應變片 箔式應變計的敏感柵是 用厚度為 用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成?；资窃诓牧硪幻嫱可蠘渲z，經(jīng)過加溫聚合而成，基底的厚度一般為 圖 圖 感柵的尺寸 于彈性體結構和測量要求選用應變片的參數(shù)： 型號 敏感柵尺寸（寬×長） 料 阻值 靈敏度 K 基底 *5 箔式 120Ω 醛膠基 表 綜合上述分析計算，次課程設計選用 圖 5.1 表 5.1 感器外形尺寸 6 測量電路原理分析及設計 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 橋電路設計 橋電路原理 應變片將應變的變化轉化成電阻的相對變化Δ R/R,還要把電阻的變化再轉換成電壓或電流的變化，才能用電測量儀表進行測量。 由于機械應變一般均 很小，從而電阻應變式的電阻變化范圍也很小，直接測量出這一微小變化比較困難，所以一般利用橋式測量電路來精確測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，因為應變片電阻值變化很小，可以認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。當電橋平衡時，即電橋輸出電壓 2 圖 2 當電橋后面接放大器時，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，即 橋輸出： )((432142310 ???? 恰好選擇各橋臂電阻，可消除電橋的恒定輸出，使輸出電壓只與應變片輸出有關。 單臂電橋時，令 2,4,3,定值電阻，在應變片 電阻 R,此時電橋的靈敏度為： (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。 直流電橋的優(yōu)點是高穩(wěn)定度直流電源 易于獲得，電橋調(diào)節(jié)平衡電路簡單，傳感器及測量電路分布參數(shù)影響小，測量中常用直流電橋。 為減少非線性誤差，電橋電路常用的措施為： ① 采用差動電橋； ② 采用恒流源電橋。為了提高電橋靈敏度或進行溫度補償，在橋臂中往往安置兩個應變片，電橋也可采用四臂差動電橋，其輸出電壓為： △ R/R 所以，本設計所選用的是全橋形式的差動電橋，且為提高電橋靈敏度或進行溫度補償，每個橋臂都安置兩個應變片。 此外，由于在零壓力時，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行零位調(diào)整。通過改變電位器的值，可改變補償電壓的大小，以使得零壓力時 V，為了保證足夠的調(diào)整精度，電位器為多圈電位器。 換電路和信號放大電路 來自傳感器的信號通常都伴隨著很大的共模電壓（包括干擾電壓）。一般采用差動輸入集成運算放大器來抑制它，但是必須要求外接電阻完全平衡對稱，運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稱精度有關，又與運算放大器本身的共模抑制能力有關。一般運算放大器共模抑制比可達 80采用由幾個集成運算 放大器組成的測量放大電路，共模抑制比可達100～ 120 結合以上幾點，采用了低漂移運算放大器構成的三運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部分，第一就是調(diào)理調(diào)幅電路，二就是電橋轉換電路，三就是增益放大電路，這里面還包括共模抑制電路。 橋轉換電路 電阻應變片的電阻 2,4的電阻都為 350歐。由這四個電阻組成一個全橋放大電路。 大電路和共模補償電路 它由三個集成運算放大器組成，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算放大器，構成平衡對稱（或稱同向并聯(lián)型）差動放大輸入級， 來進一步抑制 適應接地負載的需要。 由輸入級電路可寫出流過 14 都電流 此求得 （ 1＋ （ 1＋ 是，輸入級的 輸入電壓，即運算放大器 1輸出之差為 [1＋（ ]（ 其差模增益 （ 1＋（ ，當 2性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關，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) 不影響電路的對稱性。 根據(jù)共模抑制比定義，可求得輸入級的共模抑制比為 式中的 1、 當 11、 13時，運算放大器 10 整個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，必須選取集成運算放大器 時精 選外接電阻，盡量使 11、 13精度應控制在 。而且通常將輸入級的增益 出級的增益 種電路由于2的隔離作用，輸出級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 可補償電阻的不對稱，獲得更高的共模抑制比。改變 它的原理是由運放 第一級電路中， 1和 7和 入了深度的電壓串聯(lián)負反饋，兩運放 按照上面的分析，可以計算出： 差模增益 14761 R d ???運算放大器 0123 d ??電路的放大增益為： )1(147610123 R ??????所以設計的放大電路的放大倍數(shù)為： )1(14761012 R ????，試驗中，這個實驗可以調(diào)節(jié) 15 同時改變，達到調(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系 橋放大電路各元件參數(shù)及其輸出電壓的計算 根據(jù)上述對運算放大電路分析，其輸入級的差模增益的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便后接儀表或為A/電橋放大電路的差模增益應該為 80 左右。由于根據(jù)本設計的技術要求與性能指標，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， A× 180×（ . 64224V 其中， 理論計算： 當壓力 F=100N 時，有： M P 02(??????????????? 3102 2 ???? GP ?????????? ? 1 5 6 ?43 ?? ???????? ? 40 ??????? ?全橋運放輸出： 6 4 2 2 ?????全橋運放同理，當壓力 F=1000 : , ??? , ??? VU 橋, 放其它依次類推可以求得 。 下面是我的一個數(shù)據(jù)測量表：這個數(shù)據(jù)表在和前面不同的電橋供電電壓下測到的。 按照國際電工委員會 裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總 線稱為現(xiàn)場總線。根據(jù)使用場合和用途不同，現(xiàn)場總線又分為 2高速現(xiàn)場總線。 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總線相輔相成構成了完整的工業(yè)自動化系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡。 經(jīng)過長達 15年的爭論， 于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線國際標準于 2000年初終于獲得通過，現(xiàn)場總線之爭逐漸隨之退潮， 場總線標準委員會到此也完成了歷 史使命。為了進一步完善 準，續(xù)這方面的工作。 2001年 8月制定出由 10種類型現(xiàn)場總線組成的第三版現(xiàn)場總線標準，它們是： 場總線、 P 現(xiàn)場總線、 F 場總線、 場總線、 F 場總線以及場總線，該標準于 2003年 4月成為正式國際標準。限于篇幅，本文對 10種類型總線做概要論述，并簡單綜述上述總線近三年來的最新進展。 場總線 場總線標準由以下部分構成： ? 1993標準的超集（ ? 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，并嚴格按照 于各種原因，經(jīng)過多輪投票未獲通過，只能按規(guī)定成為技術報告 此為基礎形成了現(xiàn)在的 國際電工委員會推薦的通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結構如圖 1所示，從圖中可以看出現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領域的信息處理、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通信，可以與工廠自動化的 現(xiàn)互連。在這里， 速率為 責兩線制向現(xiàn)場儀表供電，并能支持帶總線供電設備的本質(zhì)安全； 控管理級和高速工廠自動化的應用，其速率為 1 100 圖 1 通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結構 P 現(xiàn)場總線 由 I)組織負責制定的 ? ? P。 場總線系統(tǒng)體系結構如圖 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)絡上的所有節(jié)點，同時從單個數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù)，其主要特點是增強了系統(tǒng)的功能，提高了效率和實現(xiàn)精確的同步。網(wǎng)絡的媒體送取，通過限制時間存取