机电检测技术 教学课件 作者 郭燕 韩京海 主编 朱丽琴 副主编第三章.ppt

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1、第三章检测技术与检测元件第一节机械式检测元件第二节电阻式检测元件第三节电容式检测元件第四节变磁阻式检测元件第五节机械式检测元件第六节热电式检测元件第七节光电式检测元件第八节霍尔式检测元件本章小结作用：将力、压力、加速度、温度等参量转化为位移、振动频率、转角等机械信号；分类：弹性式检测元件振动式检测元件第一节机械式检测元件第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—基本性能弹性变形----在外力作用下，物体的形状和尺寸会发生变化，若去掉外力，物体能恢复原来的形状和尺寸。弹性特性---弹性元件的输入量与输出量之间的关系；①刚度②灵敏度第一节机械式检测元件一、弹

2、性式检测元件—基本性能弹性元件的滞弹性效应①弹性滞后②弹性后效③应力松弛第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—基本性能弹性元件的热弹性效应①弹性模量的温度系数②频率温度系数③线胀系数第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—弹性元件的材料及种类弹性元件的材料①马氏体弥散硬化不锈钢②Ni基弥散硬化恒弹性合金③Nb恒弹性合金④石英晶体⑤半导体硅材料⑥陶瓷材料第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—弹性元件的材料及种类弹性元件的种类①弹簧管：用于压力检测在一定压力范围内，自由端的位移d和所受压力p之间为线性关系第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—弹性元件

3、的材料及种类弹性元件的种类②薄壁圆筒：用于压力检测在构成应变片检测时，应沿径向方向粘贴应变片；第一节机械式检测元件一、弹性式检测元件—弹性元件的材料及种类弹性元件的种类③膜片边缘固定的圆形平膜片，在材料的弹性范围内，当一面受到压力P作用时，膜片中心处的弹性位移d与被测压力之间的关系可用下式表示膜片位移与所受压力之间的关系是非线性的，在实际使用中，膜片中心都加装有圆形硬芯，以安装传动机构。第二节振动式检测元件原理：测量时，将被测量的变化转换为谐振元件的固有频率的变化。特点：输出信号为振动频率信号；体积小、重量轻；分辨率高、精度高；便于信号的传输和处理分类

4、：振弦式和振筒式检测元件第一节振动式检测元件一、振弦式检测元件功能：将被测量（如力或压力）转换为弹性元件的固有频率的变化当钢弦选定时（长度和密度可视为常数），感应电势的频率即钢弦的振动频率就只与被测量（所加的力或应力）有关。第一节振动式检测元件二、振筒式检测元件功能：将被测量（如密度或压力）转换为弹性元件的固有振动频率的变化当振筒材料选定时，振筒的振动频率只与外加压力有关。第二节电阻式检测元件功能：将被测物理量转换成电阻值的变化，通过测量电路将电阻值转化成方便显示记录的电压或电流信号；材料：导体、半导体；种类：应变式检测元件、热电阻、湿敏电阻和气敏电阻

5、；第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件电阻应变元件的工作原理导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形，其阻值将发生变化。FΔl、ΔA、ΔρΔR第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件电阻应变元件的工作原理电阻的应变灵敏系数K是指单位应变所引起的电阻相对变化量：应变片的灵敏系数是由两个因素决定的，一是由电阻丝几何尺寸改变引起的；另一个由电阻丝的电阻率随应变片的改变而引起的。对于大多数的金属应变片，其应变效应主要由几何效应引起；而半导体材料却刚好相反，其应变效应主要有压阻效应引起；第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件2.应变片的结构及种类（1）金属应变片

6、①丝式应变片基底将所感受到的应变准确的传递到敏感栅；敏感栅电阻丝两端焊接的引线，用以和外接线路相接。1，3黏合剂2-基底4-盖片5-敏感栅6-引线第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件2.应变片的结构及种类（1）金属应变片②箔式应变片图（a）所示应变片常用于单应力测量；图（b）所示应变片常用于测量扭矩；图（c）所示应变片一般用于压力的测量。第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件2.应变片的结构及种类（2）半导体应变片：以单晶膜片为敏感元件，灵敏系数比金属应变片高50~80倍，但在测量较大应变时非线性严重。当对半导体应变片感受到应力时，电阻的相对变化为第

7、二节电阻式检测元件一、应变式检测元件2.应变片的结构及种类（2）半导体应变片第二节电阻式检测元件一、应变式检测元件3.应变片的主要特性灵敏系数K绝缘电阻横向效应机械滞后零漂和蠕变允许电流应变极限第二节电阻式检测元件二、热电阻式检测元件热电阻效应：某些物质的电阻率随温度的变化而变化；分类：1.金属热电阻；2.半导体热敏电阻；大多数金属热电阻具有正的电阻温度系数，即随着温度的升高电阻变大。一般温度每升高1℃，电阻约增加0.4%～0.6%。由半导体制成的热敏电阻大多具有负温度系数，温度每升高1℃，电阻约减少2%～6%。第二节电阻式检测元件二、热电阻式检测元件

8、1.金属热电阻⑴铂电阻铂电阻的温度测量范围为-200--850℃；在高温下测量时，只能在氧化气