振弦式壓力傳感器

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1、‘振弦式壓力傳感器徐文鏘(山東省海洋儀器儀表研究所):、,提要本丈分析了振弦式壓力傳感器的工作原理非線性等問題并介紹了用。它來剛溫的設(shè)計方法。的鎢絲作振弦磁鋼的磁感應(yīng)強度B應(yīng)在引言。,700。高斯以上壓力敏感元件膜片要求非力學參數(shù)非電量電測振弦式壓力傳感、。線性誤差和彈性滯后小重復(fù)性好要求放,。器由于有其獨特的優(yōu)點而引起人們的注大器有較高的輸人阻抗和開環(huán)增益。,,,.意它結(jié)構(gòu)簡單使用方便靈敏度高功2弦振動方程與振弦方程,:,耗小能在多方面應(yīng)用精密測量壓力(可二端固定長為L的有界弦在x一y平,達50個大氣壓以上)微小位移(小至微米而上作自由振動方程為,,、級)物體不平度運動物體速

2、度加速、、衛(wèi)aX度風壓氣壓以及在海洋調(diào)查中的應(yīng)用,。其解為等是一種通用性較強的傳感器,y“u“’“‘nx對該傳感器的詳細介紹可參見文末有。,等關(guān)文獻本文簡單介紹了其工作原理著重,,,當在t)。時給以外力F(t)或者再分析了它的非線性問題最后根據(jù)對它的溫、,,考慮弦張力空氣阻尼力等弦振動方程的度補償方法提出利用它來作測溫傳感器的,:,。形式不同而最終解則均為駐波形式設(shè)想并舉例說明其設(shè)計方法,二u·“nx振弦式傳感器的各種應(yīng)用除本文所y““,‘,等提出的用作測溫外均以膜片(膜盒)受n=、。。),式中角頻率若以工程頗壓形式出現(xiàn)故有關(guān)的實驗分析即以此為出嬰/孟。。L丫們M一。,。石發(fā)點

3、,。,率表示并只考慮基波頻串f則得振弦、一振弦式傳感器工作原理。方程‘。二1.:止L傳感登組成廠皿。三(1)ZL丫p,振弦式傳感器的結(jié)構(gòu)十分簡單如圖1。。所示弦絲可用均勻而柔軟的金屬絲考慮a。、p。式中分別為振弦的內(nèi)應(yīng)力和體密,.。到強度和穩(wěn)定性我們選用直徑為o03mm。度式(1)即為振弦工作的基本原理一外-,M,加壓P膜片撓度Ao在傳感器整個工{}{{,作過程中是很小的(微米級)于是根據(jù)小(l一林2r)轟。有@△。,,畏P取“劃毗Jb11巧M.,膜片材料被青銅的泊松比“二。3得M二·△。。,7念一p(a)振弦式壓力傳感器結(jié)構(gòu),在不足以使弦松弛到停振范圍內(nèi)弦長改變=,.△L△。

4、。由虎克定律弦內(nèi)應(yīng)力為:,‘,_c_。魷,、,二6:,E蘭號△蘭三L已氛E等△。一,。代人二式(l)(此一月塑、,、、一‘、L一L”~月,時式(1)的內(nèi)應(yīng)力由于振弦形變變?yōu)?。一口,a二(a)得f=fP(2)吞卜日r。備E。日=004(8)..。七fiP巧M,,式中丫為膜片工作半徑h為膜片材料厚,M,。度E為膜片材料一彈性模量E為弦絲材。料彈性模量、式(2)(8)可用以設(shè)計該傳感:,器根據(jù)實際測量要求(頻率變化范圍),、選取傳感器參數(shù)根據(jù)式(2)(3)來Lc振蕩。器型考慮頻率響應(yīng).(b2p一f方程的非城性)電路組成,,圖l振弦式傳感器的結(jié)構(gòu)與電路組成由式(2)可見f與p是非線性

5、關(guān)。,,、.、系表1為實測值可見其測量靈敏度1振弦2恒磁鋼38振弦卜下夾具—,4一一膜片—,s反饋放大—器,6一一弦二Af,。。J卜。。‘?！币彩欠蔷€性的,。公云絲松緊調(diào)節(jié)機構(gòu)7外殼(支架)—、、傳感器的非線性給測量互換計算等、二非線性及其解決辦法。,帶來了麻煩為了克服非線性可以從幾個.:1p一f方程方面來著手解決(1)根據(jù)不同形狀的膜片有不同的振弦式傳感器一般是以受壓形式來進行,,AoM與P的非線性關(guān)系〔,〕〔8〕〔9〕可測量的故下面討論外壓(加于膜片上的均,。一,勻分布力或集中力)P與振頻fp的關(guān)系設(shè)計膜片使能與pf的非線性互相補償p=0,fp,f。,,(2)利用計算機軟

6、件進行校直,時弦絲被張緊膜片回,。Mc:TM=Tc(3)用二個相同的振弦利用這二個復(fù)彈力F’與弦絲張力T平衡一8日一’、,性凡、汀丁敬拱今衰1P一f的實側(cè)位P,(p+,,上式中衛(wèi)‘(l日△P)魚吐協(xié)二f嘗f嘗于是展開上式可得△‘f。1’一匹七漁一1一一邊(Zf含十p漁旦二查功〕Zf忍飛分=會“p△‘一△p(4)。p一f關(guān)系進行“”會相同的自校正,,“”曰第一種方法設(shè)計膜片很麻煩而且很當傳感器硬件一振弦材料和尺p一f相對應(yīng)。,,,。難與傳感器的第二種方法寸膜片材料和特征確定后日與f便是常,,,從經(jīng)濟上來講有困難因為很難做到每個傳數(shù)因此由式(4)可見傳感器的頻變。感器都配上一臺微計

7、算機或單板pp。(片)機第△f與外壓力△是成線性關(guān)系的線性誤,:三種方法是現(xiàn)實可行的因此我們介紹這個差分別由二條振弦工作時各自構(gòu)成?！甧s、lwewe沙了方法“!<日(P+△P).we3自校正法原理?令f戀它是用二個具有相同p一f關(guān)系的振弦(6)。,=、/,:(p一來互相補償由式(2)f不萬百而“<日AP),p,令當壓力P變化△P時頻率變化為△f我f資,們?nèi)羰苟€振弦頻變時一個為上升一個為,,=:+:,下降于是頻差△fp為可見為使線性誤差666減小應(yīng)使。,。p=p:一pZ初始頻率f提高么f八