测试技术大作业传感器的选择与应用

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1、传感器的综合应用设计任务书：工件如图所示，要求测量出工件的刚度值，在力F的作用下头部将产生偏角&（约3度）。力的大小为300N,选择力传感器，及位移传感器，设计测量方案。作业提示：高精度的角度测量比较难，对以转换为线位移测量。设计耍求：（1）学生选题可以多人选一题，但是要求独立完成作业内容。同一测量对象，可以有多种测量方法，可以用不同传感器。（2）根据被测物理量选用适合的传感器系列；例如尺寸量测量传感器，电阻应变式传感器，电感式传感器，电容传感器，磁电传感器、CCD图像传感器等等。（3）分析所给任务的测量精度，并根据精度指标初选适合该精度的传感器系列；测量精度一般根

2、据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定，例如公差带达到10pm时测量精度一般应达到公差带的1/5,即小于满足此精度的传感器有电阻应变式传感器，电感式传感器等，但考虑精度的同时还要考虑量程等其它方面的因素，参考第3章传感器的选用原则一节。（4）测量方法是确定成败的，好的测量方法可以充分发挥传感器的性能。学生要根据被测量的特点及题目耍求，综合考虑测量方便，适合于批量测量的特点，确定合理的测量方案，并画出测量方案简图，可以配必要的文字说明。设计说明书:一、测试要求：根据题目的测试要求，测试系统主要需要测量两个物理量：施加在头部的作用力大约在300N左右；头部在力的作用下

3、的发生的角度变形。根据题FI的提示，将角度的改变转化到微小位移的测量。因需要测量工件的刚度，由工件的刚度公式：K丄y式中K为工件的刚度；F为施加在工件上的作用力；y为在力F作用下的位移；根据上式，测定刚度的方式有两种，一种是在恒力的作用下测定工件头部的变形量；一种是在一定变形量的作用下测定力的大小。考虑到后种方法，需要控制工件的位移量一定是比较困难的，因为按照后种方法仍需采用位移传感器去检测工件的位移的量，因而无论从测试方法还是从测试成本上都是不合理的。因而采用前种方法，给工件施加一定大小的力是比较容易做到的，只需要测定该力的作用下位移的大小即可求出工件的刚度。二、

4、传感器的选用测力可以釆用的传感器主要有以下几类：石英压电陶瓷式的测力传感器（原理是利用石英晶体的压电效应来测量力的变化）；弹性压力计（原理是利用弹簧弹力测量力的大小）。电容式压力计（原理是压力使膜片弹性变形，电容变化）。测量微小位移的传感器主要可以采用一下几类：电容式位移传感器（原理是利用膜片的位移导致电容变化）。三、位移传感器选择：题目中要求测试系统应该具有批量测量的能力，因此在设计方案时不能设计的过于专一,测试过程应该尽量简单，而且测试过程应该尽量宜于机械拆分。以便在生产线上进行测量。在头部的力作用下，头部发生的角度位移约为3度，因此头部对应的线位移为：38=0

5、-1=i8O*K*1Omm=523Um根据测试系统的位移大小，我们应该近尽量使测量器件工作在线形区域内，测试量程应该稍大一些。查询了一些电容式位移传感器的特性，下图为一款传感器的参数及厂商提供的调试办法，根据我们的测试标准，我们可以选用的传感器型号为CP-HR-19型传感器，量程为1250um,线性度土0.2%,分辨率为土0.005%,响应频率为15KHz,输出为±10V。选用的型号如下图所示：2910/20/25/50/80/100/250/500/1250«500/6000w<10.21<+0.005X15kHz■1<10.21<±0.0015X15kHz10-

6、H0VDC电容位移传感器电咨位移传感器的测里，建立在谨想化平板式电吝原理的基確上，因此対所有导电材料无事特别的线性校准，即可得到离精度的测虽结果。通过线性校准后，也可用于对半导体和绝壕体材料的测1。系列电谷式位移传區器的突出优点，是它的辭分祈军和稳走性。M高超的机械加工精度及芫舆的信号屏蔽播融使其达到纳糊的精度.离性电吝式伎感吉的纳米级分卅库便其成为目前纳米技术领m不可或缺的产图片fl-编号二I蛍程线性0FSO)分需军(FSO)响应频至CP-KR-150/80/100/250/500/1250/2000/6000丰线性<±0.02%15kHzo-iovrcCP-KR

7、-1150/80/100/250/500/1250/2000/6000s0.3um■15kHzo-iovrcCP-HR-C50/250/500/2500um<±0.3%<±0.008X15kHz-1O-+1OVDCCP-HR-1910/20/25/50/80/100/250/500/12SO/2OOO/2SOO/6OO0um<±0.2%<±0.005X15kHz-1O-+1OVDCRS232CP-KR-29<±0.2%<±0.0015%15kMz品。另外，还可将其用于测里非导电目标的位蛊或性。传感器&测量系统电苔位移传应器&应用四、力传感器选择：确保施加的力为3