液体密度测量的动态补偿

　　1引言

　　蓄电池电解液密度传感器是电池参数远距离检测的关键器件。近几年研制成功的应变计式密度传感器已达到实用水平。这种传感器在静态条件下做到测量误差优于千分之五己无问题。但在摇摆动态的条件下，其准确度将会下降很多，甚至达不到测量精度的要求，而在某些特殊使用场合，动态误差是非解决不可的问题。在对动态误差产生的原因进行分析后，我们根据这种误差产生的特点，有针对性地采取补偿措施，使动态误差明显减小，使传感器在摇摆条件下也能正常工作，解决了动态条件下使用的一个重要问题。

　　2密度变换原理

　　下面对这种传感器的变换原理作一简要介绍。

　　图1(a)是密度传感器的结构简图。浸在液体中的浸没式浮子通过一根挂线固定于弹性梁的一端(活动端)，梁的另一端(固定端)的凹陷处(敏感区)贴有电阻应变片，应变片组成桥式电路后经引线与供桥电源和输出电路相连。

　　图1(b)是受力示意图。其中W是浸没式浮子的重量，B是浮力，F是挂线上的张力。F作用在弹性梁上，故梁上所受的力的大小等于F，但方向向下。

　　根据阿基米德原理

　　当浮子的材料和体积确定后，W是一定值，而B随密度变化，即

　　将(2)式代入(1)式，得

　　(2)式和(3)式中，p为液体密度;V为被浮子排开的液体的体积，此处即为浮子的体积，它是一定值(因是浸没式浮子，体积不会变);g是重力加速度。

　　山(3)式看出，作用在弹性梁上的力F仅与液体密度p成变量关系。这个式子是应变计式密度传感器的第一步变换的原理公式，即将密度变换为力。

　　作用在弹性梁上的力F，使梁的敏感部位发生变形，粘贴在此处的电阻应变片同样发生变形，接上电源后，按全桥应变计的输出公式，它的输出电压为

　　(4)式中，U。为供桥电压，一般是固定值。K为应变灵敏系数，此处为常数。‘为应变量，表示为

　　(5)式中，F是使应变计变形的力，也就是梁上的作用力。L是弹性梁的有效长度。E是弹性梁的弹性模量。B是弹性梁的有效宽度。H是弹性梁的有效厚度。

　　当传感器的结构和弹性梁的材料确定后，<5)式中只有F是变量，其余均为常量。若设这些常量的计算值为n, C5)式可变为‘=n’F，并代入(4)式得

　　(6)式是第二步变换—即由力变换为电信号的原理公式。式中，当供桥电压选定后，等号右边的前三项均为常量，所以输出电压U。反映的仅是力的变化。

　　将两步变换公式合并，即将(3)式代入(6)式并整理后有