电阻应变片的工作原理

2012-09-14 14:37:49来源: 互联网

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:

     式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m)
            S——导体的截面积(cm2)
            L——导体的长度(m)

    我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情况。

湿度传感器

一.大气的湿度及露点

    [1].绝对湿度和相对湿度
    地球表面的大气层是由78%的氮气、21%的氧气和一小部分二氧化碳、水汽以及其他一些惰性气体混合而成的。由于地面上的水和动植物会发生水份蒸发现象,因而地面上不断地在生成水份,使大气中含有水汽的量在不停地变化。由于水份的蒸发及凝结的过程总是伴随着吸热和放热,因此大气中的水汽的多少不但会影响大气的湿度,而且使空气出现潮湿或干燥现象。大气的干湿程度,通常是用大气中水汽的密度来表示的。即每1m3大气所含水汽的克数来表示,它称为大气的绝对湿度。

    要想直接测量出大气的水汽密度,方法比较复杂。而理论计算表明,在一般的气温条件下,大气的水汽密度,与大气中水汽的压强数值十分接近。所以大气的水汽密度又可以规定为大气中所含水汽的压强,又把它称为大气的绝对湿度,用符号D表示,常用的单位是mmHg。。

    在许多与大气的湿度有关的现象里,如农作物的生长绵纱的断头以及人们的感觉等等,都与大气的绝对湿度没有直接的关系,主要与大气中的水汽离饱和状态的远近程度有关。比如,同样是6mmHg的绝对湿度,如果在炎热的夏季中午,由于离当时的饱和水汽压(31.38mmHg)尚远,使人感到干燥,如果是在初冬的傍晚,由于水汽压接近当时的饱和水汽压(18.05mmHg)而使人感到潮湿。因此通常把大气的绝对湿度跟当时气温下饱和水汽压的百分偶称为大气的相对湿度,即

        式中H——相对湿度
            D——大气的绝对湿度(mmHg)
            Ds——当时气温下的饱和水汽压(mmHg)

    上式表明,若大气中所含水汽的压强等于当时气温下的饱和水汽压时,这时大气的相对湿度等于100%RH。

    [1].露点
    降低温度可以使未饱和水汽变成饱和水汽。露点就是指使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低的温度。因此只要能测出露点,就可以通过一些数据表查得当时大气的绝对湿度。

    当大气中的未饱和水汽接触到温度较低的物体时,就会使大气中的未饱和水汽达到或接近饱和状态,在这些物体上凝结成水滴。这种现象被称为结露。结露对农作物有利,但对电子产品则是有害的。

    二.湿敏传感器的分类

    水是一种极强的电解质。水分子有较大的电偶极矩,在氢原子附近有极大的正电场,因而它有很大的电子亲和力,使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器,它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出,图1是湿度传感器的分类示意图。

湿度传感的分类

电磁式流量传感器

一.电磁式流量传感器的工作原理及使用

    导电性的液体在流动时切割磁力线,也会产生感生电动势。因此可应用电磁感应定律来测定流速,电磁流量传感器就是根据这一原理制成的。

    图1是电磁式流量传感器的工作原理图。在励磁线圈通以励磁电压后,绝缘导管便处于磁力线密度为B的均匀磁场中,当平均流速为v的导电性液体流经绝缘导管时,那么在导线内径为D的管道壁上设置的一对电极中,便会产生如下式所表示的电动势e,即

电磁式流量传感器工作原理图

       式中v——液体的平均流速(m/s)
            B——磁场的磁通密度(T)
            D——导管的内径(m)

    液体流动的容积流量

   根据上式可以看出,容积流量Q与电动势e成正比。如果我们事先知道导管内径和磁场的磁通密度B,那么就可以通过对电动势的测定,求出容积的流量。

    虽然电磁流量传感器的使用条件是要求流体是导电的,但它还是有许多优点。

    (1).没有机械可动部分。

    (2).由于电极的距离正好为导管的内径,因此没有妨碍流体流动的障碍,压力损失极小。

    (3).能够得到与容积流量成正比的输出信号。

    (4).测量结果不受流体粘度的影响。

    (5).由于电动势是在包含电极的导管的断面处作为平均流速测得的,因此受流速分布影响较小。

    (6).测量范围宽,可以从0.005——190000m3/h。

    (7).测量精度高,可达±0.5%。

    使用电磁流量传感器时应注意以下几点:
    [1].由于管道是绝缘体,电流在流体中流动很容易受杂波的干扰,因此必须在安装流量传感器管道的两端设置接地环,使流体接地。

    [2].虽然流速对精度影响不大,为消除这种影响,应保证上流道有足够的直线长度。

    [3].使用电磁流量计时,必须使管道内充满液体。最好是把管道垂直设置,让被测液体从上至下流动。

    [4].测定电导率较小的液体时,由于两电极间的内部阻抗比较高,所以信号放大器要有100MΩ的输入阻抗。为保证传感器正常的工作,液体的电导率必须保证在5s/cm以上。

    电磁流量传感器可以广泛应用于自来水、工业用水、农业用水、海水、污水、污泥、化学药品、食品、矿浆等流体的检测。

涡流流量传感器

一.涡流流量传感器的工作原理

    当在流体中插入棒状障碍物时,在其带侧会交替产生相互反转的涡流,在流体的下游形成规则的涡列,如图4所示,这种涡列就是流体力学中的“卡门涡旋列”。

卡门涡旋列

    发生涡旋的频率与流体流量有如下的关系,即

  式中f——涡流的频率
            St——斯托哈尔数(雷诺数在某些范围内的一定值)
            v——流体的平均流速
            d——插入物体正对流向的宽度
            A——流路的断面积
            Q——流体的流量

    上式说明,St在一定的范围内,涡流频率f和流量成正比,因此只要测定出涡流的频率,就可得知流体的流量这就是涡流流量传感器的工作原理。


    二.涡流流量计的结构

    涡流流量计的基本结构,如图5所示,流量脊由外壳、涡流发生器和频率检测元件等组成。涡流发生器的下端沿枞向自由支撑,上端固定在外壳的孔内,通过密封圈再用压板予以固定。在涡流发生器的内部装有压电元件,用来通过体内的应力变化检测出涡流的频率。图中的涡流发生器与流体接触部分的截面为梯形,这种形状能使流速与涡流的频率具有良好的线性。当涡流发生时,其内部将产生一定的应力,这种应力经压电元件检测后,用电路对得到的信号进行处理,从而得到跟涡流频率对应的脉冲频率,最终以模拟电压的形式输出。

    涡流频率的检测方法有许多种,可利用加热体的冷却方法来检测涡流非生产性器周围和内部流体流动的周期变化,也可以通过个种传感器检测流体振动所产生的力的周期变化。

涡流流量计结构示意图

三.涡流流量传感器的特性及使用

    涡流流量传感器有以下特征:

    (1).测量涡流频率的检测元件,一般都设置在涡流发生器的内部,与流体隔离,所以涡流流量传感器可以对所有的流体进行流量检测。

(2).在流体的通道上设置的涡流发生器是固定的,因此传感器没有运动部分,使传感器

[1] [2]

关键字:电阻  应变片

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0914/article_16796.html
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