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贵州快3压力传感器设计

发布日期:2021-04-14 14:48

  式传感器 的设 电子式压力计 学院: 通信与电子工程学院 班级: 电子**** 学号: 2007****** 姓名: ***** 同组成员: 指导老师: ***** 日期: 2010 年 05 月 14 日 传感器技术及应用大作业 摘要 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感

  式传感器 的设 电子式压力计 学院: 通信与电子工程学院 班级: 电子**** 学号: 2007****** 姓名: ***** 同组成员: 指导老师: ***** 日期: 2010 年 05 月 14 日 传感器技术及应用大作业 摘要 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,而我们通常使用的压力传 感器主要是利用压电效应制造而成的,这样的传感器也称为压电传感器。 我们知道,晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。某些晶体介质,当 沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机械力撤掉之 后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出 电的效应,这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压电传感 器。 压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量, 因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。 实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 关键词:压力 I 传感器技术及应用大作业 目录 摘 要............................................................................................................................ I 第 1 章 绪论 ..............................................................................................................1 1.1 背景.............................................................................................................1 1.2 应用实例.....................................................................................................1 第 2 章 原理分析 .......................................................................................................3 2.1 工作原理.....................................................................................................3 第 3 章 实现过程 .......................................................................................................5 3.1 电路图设计 ................................................................................................5 3.2 电路仿真 ....................................................................................................6 心得体会........................................................................................................................ 8 II 传感器技术及应用大作业 第 1 章 绪论 1.1 背景 压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。 其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在 一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,贵州快3,压电性质 完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小 (也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸 钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境 下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以 已经得到了广泛的应用。 早在 1954 年美国 C.S.Smith 首先确认了半导体压电效应,1955 年 C.Herring 指出:这种压电电阻效应是由于应力的作用,引起导体与价电子带能量状态的变 化,以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。日本从 1970 年开始研究 开发,首先应用在血压计上,之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得 了广泛的应用。最近几年在家用电器、装配机器人等应用领域普遍采用电子压力 传感器作为压力控制、压力监控和判断线 电子压力传感器模型 1.2 设计目的 图 2 是压力传感器在全自动洗衣机中的应用实例。如图所示,利用气室, 将在不同水位情况下水压的变化,作为空气压力的变化检测出来,从而可以 在设定的水位上自动停止向洗衣机注水。 1 传感器技术及应用大作业 图 2 压力传感器在全自动洗衣机中的应用 2 传感器技术及应用大作业 第 2 章 原理分析 2.1 工作原理 图 1 为 PS 压力传感器的截面结构图,图 2 为其传感器部分的结构。如图所 示,在压力传感器半导体硅片上有一层扩散电阻体,如果对这一电阻体施加 压力,由于压电电阻效应,其电阻值将发生变化。受到应变的部分,即膜片 由于容易感压而变薄,为了减缓来自传感器底座应力的影响,将压力传感器 片安装在玻璃基座上。 如图 2(b)所示,当向空腔部分加上一定的压力时,膜片受到一定程度的 拉伸或收缩而产生形变。压电电阻的排列方法如图 3 所示,受到拉伸的电阻 R2 和 R4 的阻值增加;受到压缩的电阻 R1 和 R3 阻值减小。 图4 由于各压电电阻如图 4 那样组成桥路结构,如果将它们连接到恒流源上,则 由于压力的增减,将在输出端获得输出电压 ΔV, 当压力为零时的 ΔV 等于偏置电压 Voffset,在理想状态下我们希望 Voffset=0V, 3 传感器技术及应用大作业 实际上在生成扩散电阻体时,由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂 质浓度的微小差异,因此总是有某个电压值存在。压力为零时, R1=R2=R3=R4=R,我们把加上一定压力时 R1、R2 电阻的变化部分记作 ΔR; 相应 R3、R4 电阻的变化部分记作-ΔR,于是 ΔV=ΔRI 。 这个 ΔV 相对压力呈现几乎完全线性的特性,只是随着温度的变化而有所改变。 4 传感器技术及应用大作业 第 3 章 实现过程 3.1 电路图设计 图 5 是 PS 压力传感器的外围电路设计实例,图中用恒流源来驱动压力传感器。 图 5 压力传感器设计电路 由于桥路失衡时的输出电压比较小,所以必须用运放 IC1b 和 IC1C 来进行 放大。图中 VR1 为偏置调整,VR2 为压力灵敏度调整,VR3 为没有加压时输出 电压调整,C1、C2 用于去除噪声。另外,如果电源电压波动的话,将引起输出 电压的变化,所以必须给电路提供一个稳定的电源。 5 3.2 电路仿真 传感器技术及应用大作业 6 传感器技术及应用大作业 7 传感器技术及应用大作业 心得体会 传感器技术是一门理论性和实践性都很强的专业基础课,也是一门综合性的 技术基础学科,它需要数学、物理学、电子学、力学、机械等知识,同时还要掌 握各种物理量的变换原理、各种静态和动态物理量(如力、振动、噪声、压力和 温度等)的测定,以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及的基础理论。在 做此次实验前,我把老师所讲的传感器教材通读了一遍,对传感技术有了一定得 了解。因为在这之前,没有接触过类似的课程设计,所以这次实验,我感觉有些 困难。 传感技术是一门综合性的课程知识,想做好这次实验,必须要有较好的理论 知识,例如:电路,模电,还有画图时,贵州快3也要用软件画图 multisim 仿真软件的使 用。只有熟悉了这些们课程才能真正的完成这次实验。首先,是电路图的设计, 要明白传感器的原理及在电路中的作用是什么。虽然最终设计出的电路图不是很 复杂,但是也是几经周折。其次,是在 multisim 中连接电路元件,让我进一步得 熟悉了这个软件的功能,并能运用自如。虽然画图时比较麻烦,经过大概一个小 时的时间才画完,但看着自己画的图,觉得很有成就感。最后,是电路的仿真, 者可以说是最关键的一部了,前面所有的工作都是在为它打基础,一旦仿真失败 就意味着所有得努力可能全部白费。仿真的结果虽然显示出数字来了,但是和是 要得要求相差很远。因此,就一次一次的调试,改变电阻的阻值,以及滑动变阻 器的阻值,最终把结果调试出来了。 通过这次传感器技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实 验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.在 这次实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题,和解决问题的能力。在调试 电路图的过程中,要自己学会思考。 最后,通过这次实验我不但对理论知识有了更加深刻的理解,更加增强了我的综 合能力,希望以后能多有这样的作业,使我们能把所学的专业知识实践运用。使 我们整体对各个方面都得到了不少的提高让我们得到更好的锻炼。 8

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