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澳门赌场报告压力传感器设计与实现

发布日期:2020-10-31 09:56

  报告压力传感器设计与实现_实习总结_总结/汇报_实用文档。压力传感器感器,PS压力传感器

  传感器设计与实现报告论文 ——压力传感器设计 学生姓名 学 专 题 教 号 业 电气自动化技术 目 PS 压力传感器设计 师 刘艳伟 压力传感器设计与实现 ——PS 压力传感器 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 【1】 ;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;结构;PS 压力系统 目录 第1 章 绪论 .......................................................................... 1 ...................................................................................... 1 1.1 背景 1.2 传感器的定义 .......................................................................... 1 1.3 传感器的分类 .......................................................................... 1 1.4 设计目的 第2章 .............................................................................. 2 原理分析 ..................................................................... 3 ......................................................................... 3 2.1 工作原理 第 3 章 实现过程 ........................................................................... 4 3.1 第四章 电路图设计 ...................................................................... 4 结论 ............................................................................... 5 参考文献: ..................................................................................... 6 第1 章 绪论 1.1 背景 压力传感器【2】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,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 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。 1.3 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、 1 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: (1)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。 1.4 设计目的 图 1 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。 图1 2 第2章 原理分析 2.1 工作原理 图 2 为 PS 压力传感器的截面结构图,图 3 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。 图2 图3 如图 3(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 4 所示,受到拉伸的电阻 R2 和 R4 的阻 3 值增加;受到压缩的电阻 R1 和 R3 阻值减小。 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Δ V,当压力为零时的Δ V 等于偏置电压 Voffset,在理想状态下我们希望 Voffset=0V 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Δ R;相应 R3、R4 电阻的变化部分记作-Δ R,于是Δ V=Δ RI。这个Δ V 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。 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 图 5、压力传感器器设计电路 4 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、澳门赌场, 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。 第四章 结论 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,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 5 参考文献: 【1】 极化建模与雷达遥感应用(英文版.中文评注)作者:Shane R. Cloude (S. R. 克劳德) 著,洪文 尹嫱 李洋 等评注出版社:电子工业出版社出版时间:2015 年 08 月 【2】 压力传感器的设计制造与应用 作者:孙以材 等编著出版社:冶金工业出版社 出版时间:2000 年 04 月 6

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