《应变计式传感器》PPT课件

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1、第7章应变计式传感器在力学物理量测量中，并不单单局限于测量应变和应力，有时还需要对力、压力、扭矩、位移、速度和加速度等其他物理量进行测量、监视和控制，这就需要使用相应的传感器。用于力学物理量测量的传感器有很多种类，常见的有电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、热电式、压电式和电磁感应式等等。本章只介绍利用电阻应变计作为转换元件的各种传感器，属于电阻式传感器，称为应变计式传感器。第1部电阻应变测量方法1第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感器本章内容：学习要求：§7-1基本原理与设计制造；§7-2测力传感器；§7-3压力传感器；§7-4扭矩传感器；§7-5位移传感器（计划使

2、用1学时）熟悉应变计式传感器的基本原理与设计制作，掌握各种应变计式传感器的构造原理和制作工艺。2第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感器§7-1基本原理与设计制造电阻应变计可以将构件上的机械应变转变为电阻变化，用应变仪进行测量，因此，任何力学物理量只要能设法转变为应变，都可以用应变计进行间接测量。能够把物理量转变为应变的结构部件称为弹性元件。传感器主要由弹性元件、应变计和外壳构成。1．基本原理应变计式传感器完成物理量到电量的转换，需要经过两个环节，即先通过弹性元件把物理量转变为机械应变，然后再由应变计把弹性元件的应变转变为电阻变化。3第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感

3、器常见弹性元件结构形式：拉压杆、弯曲梁、扭转轴、圆板、圆筒、圆环以及剪切轮幅式结构等等。在力、液体压力、扭矩等物理量测量中，通常把物理量直接作为弹性元件所承受的载荷。在静位移测量中，利用刚性极小的弹性元件直接感受位移变化。而在振动测量中，则按照惯性测振原理，利用由弹性元件和惯性质量块组成的弹簧—质量系统来反映被测振动的位移、速度和加速度。传感器的性能很大程度上取决于弹性元件。应满足下述要求：(1)在设计量程内，测点应能产生足够大的应变量，以便具有较高的输出灵敏度。在最大工作载荷时，能产生500~1000με为宜。(2)保证弹性元件的应力不超过材料的比例极限。(3)弹性系统固有

4、频率远大于设计工作频率。(4)如果弹性元件要做为被测构件的一部分，则弹性元件应有足够的刚度，以免变形过大，影响构件的正常工作。(5)测点的应变与被测物理量成线性关系。(6)结构紧凑，但要有足够的空间粘贴应变计，并便于连接导线。2.弹性元件的设计4第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感器弹性元件的加工工艺流程：锻造——预先热处理——粗加工——热处理——精加工——动静载处理——人工时效。预先热处理（退火），使材料晶粒细化均匀，改善切削条件。粗加工后的热处理依据热处理规范。如：45钢，830~850℃淬火，550℃回火，硬度HB=255~269；40Cr，850℃油淬，HBC≥5

5、3,370℃盐炉回火，保温3h，硬度HBC≥46~48；铍青铜，760~780℃淬火，320℃回火（2小时）。动静载处理可提高弹性、减小零漂和蠕变。动载处理在量程1/3到满量程（或超载20%）以每秒4次的频率加载。静载处理可在满量程125%下保持4~6h,或110%下保持18~20h。人工时效目的是消除残余应力，提高的长期稳定性，方法是在160~180℃下保持18~20h。3.材料选择4．弹性元件的加工弹性元件材料应具有高强度、高比例极限、低扬氏模量、稳定的物理性质、良好的机加工和热处理性能。常用材料有：40Cr、35CrMnSiA、50CrMnA、50CrVA、40CrNi

6、MoA、65SiMnWA等合金钢，及铍青铜QBe2、硬铝LY12、超硬铝LC4等；对于要求不高的传感器，也可使用优质45#碳素钢。5第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感器对于临时使用的传感器，应变计的选择与粘贴，可与通常应变测量相同。对于长期、反复使用的传感器，应选择高质量、蠕变小、横向效应小、散热性和稳定性好、阻值较高的箔式应变计，采用专用的热固化应变胶粘贴，并要严格控制贴片质量，在应变计上应覆盖良好的防护层。5．应变计的选择与粘贴由于弹性元件材料、应变计等的实际性能参数不理想，难免出现电桥不能调平衡、零点漂移、灵敏度漂移、和输出非线性等缺陷，为进一步提高传感器的精度和

7、稳定性，对于长期使用的传感器，还应当针对传感器的缺陷在电路上采取一些补偿措施。一般的补偿电路如图7-2所示。其中R1、R2、R3、R4为应变计，RZ、RT、RE、RL为补偿电阻。6．传感器的电路补偿6第1部电阻应变测量方法第7章应变计式传感器如果应变电桥不能平衡，可在某一桥臂中串接一个与应变计敏感栅材料相同的调整电阻RZ，来实现电桥初始不平衡的补偿。RZ应粘贴在弹性元件上不变形的部位，并应通过试验来确定它应接在哪个桥臂中。补偿电阻有成品出售。(1)电桥不平衡的补偿(2)零漂的补偿普通的桥路补偿，有时还不