电子与信息工程学院控制科学与工程系教学内容.ppt

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1、电子与信息工程学院控制科学与工程系例题：有一压力传感器校准数据如下。要求根据这些数据求最小二乘法线性度的拟合直线方程。并求其线性度第一章内容回顾静态特性线性度，描述函数、拟合方法（最小二乘法）灵敏度定义迟滞零漂温漂精确度，函数，定义动态特性时域法频域法电阻式：（电位计）应变式：物理量变化电阻变化传感元件属于大电阻变化型，R：0—R传物理量变化变形（应力、应变）敏感元件属于微电阻变化型，R：0—20%R传传感元件电阻变化第二章电阻式传感器补充电位计式传感器的优、缺点：优点：结构简单、尺寸小、重量轻、精度高(0.1%0.05%)、性能稳定、受环境因素影响小，可实现输出-输入任意函数

2、关系，输出信号较大，一般不用放大。缺点：存在滑动触头与线圈等之间的摩擦，输入能量要求较大，且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度。电位计分类按输出-输入特性线性电位计非线性电位计按结构形式线绕式—在传感器中应用较多薄膜式—具有较高的精度和线性特性光电式—无摩擦和磨损，分辨率高线绕电位计的工作原理根据欧姆定律：以线位移型为例：若变阻器式：SR电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量若分压器式：SV电压灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电压的变化量SR、SV均是常数线绕电位计的输出特性（一）阶梯特性和阶梯误差阶梯特性电位计输出电压随x的变化是不连续的，而是一条

3、阶梯形的折线。阶梯误差理论特性曲线通过每个阶梯中点的曲线。阶梯误差阶特梯形曲线围绕理论特性曲线上下波动产生的偏差。输出特性二负载特性和负载误差负载特性电位计有负载的情况下得到的特性。一般表达式：输出特性三负载误差由于负载电阻不是无限大，而是可与电位计电阻值相比的有限值，造成负载特性为一下垂曲线，产生误差，也称非线性误差。电刷在起始和最终位置时，负载误差eL=0电刷在相对行程X=1/2时，负载误差eLmax，且m，eL变阻器式传感器产品案例：重量的自动检测--配料设备比较重量设定原材料原理：弹簧->力->位移->电位器->电阻案例：煤气包储量检测煤气包钢丝原理

4、：钢丝->收线圈数->电位器->电阻案例：玩具机器人（广州中鸣数码）原理：电机->转角->电位器->电阻★一、金属丝式应变片二、金属箔式应变片★三、测量电路★四、应变式传感器2.2金属应变片式传感器★应变效应结构与材料★主要特性温度误差及系数工作原理及分类电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。根据应变片的材料不同，可分为两种金属电阻应变片半导体应变片一、金属丝应变片（一）应变效应根据欧姆定律：金属丝的电阻应变效应金属丝的电阻值随着金属丝的几何尺寸变化（伸长或缩短）而发生相应的变化的现象。

5、称为泊松比且对金属材料，导电率不变（二）应变片结构与材料1.敏感珊2.基底和盖片3.粘合剂4.引线（三）主要特性-灵敏度系数令Ks越大，越灵敏Ks金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。Ks只能靠实验求得，而一般K

6、由于温度变化而引起的总电阻相对变化为温度补偿单丝自补偿法自补偿法组合式自补偿法线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻〕温度补偿（1）单丝自补偿应变片优点：容易加工，成本低，缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。由式(2.1.16)可知，实现温度补偿的条件为当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料，使下式成立即可达到温度自补偿的目的。R1R2组合自补偿法（2）双金属敏感栅自补偿应变片敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成选用两者具有不同符号的电阻温度系数调整R1和R2的比例，使温度变化时产生的电阻变化满足通过调节两种敏感栅的长度来控制应变片的温度自补偿，可达±0.

7、45μm/℃的高精度二、金属箔式应变片在绝缘基底上，将厚度为0.003～0.01mm电阻箔材，利用照相制板或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。三、测量电路R1R2R4R3EIgRgU0平衡条件当R1=R2=R3=R4=R，电桥输出：①时，电桥的输出电压与应变成线性关系。②若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两桥臂的应变极性不同，则输出电压为两者之和。③若相对两桥臂应变的极性一致，输出电压为两者之和；反之则为两者之差。重要结论：④电