传感器技术应用与技能训练 教学课件 作者 刘伦富 模块五　力和压力的检测.ppt

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1、模块五　力和压力的检测主编力和压力的检测、调节与控制在生产生活中的应用非常广泛。例如，家用高压锅、液化汽罐体上的减压阀等都是大家熟悉的压力调节装置。火力发电厂锅炉蒸汽压力的监测与控制是保证发电设备安全、经济运行的重要措施。在生产、科研和日常生活中对进行压力监测与控制是保证生产工艺要求、设备和人身安全所必须的，也是提高产品质量和生产效率的重要手段。检测力的传感器主要有电阻应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器等。图5-1所示是利用高精度压力传感器构成的整车称重系统，当车辆进入称重系统，称重管理部可通

2、过系统监测称重与结算，驾驶员可通过大显示屏看到称重量，这样极大地提高了称重与结算效率。图5-?1　整车称重系统1.掌握电阻应变式传感器与弹性敏感元件的特性。2.能根据生产现场实际情况选择合适的测力传感器。3.能对应用于工业生产中的测力传感器进行安装接线。任务一　认识电阻应变片1.电阻应变片及其用途电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转化为电阻变化，并通过测量电路转化为电信号输出的敏感器件。电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分，金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上的应变电阻随机械形变会产生阻值变化，这种现

3、象俗称为电阻应变效应。图5-?2　金属箔状应变片结构1—基体　2—敏感栅(箔片)3—保护层(覆盖层)　4—引线2.电阻应变片的结构(1)金属电阻应变片的结构。敏感栅有两种制作方式:一种是由直径为0．02～0．05mm的康铜或镍铬等金属丝绕成栅状，其电阻片被称为丝状应变片；一种是如图5⁃?2所示的用0．003～0．01mm厚的康铜或镍铬箔片利用光刻技术腐蚀成栅状，其电阻片被称为箔状(箔式)应变片。丝状应变片多采用纸基体和纸覆盖层，且这种敏感栅不易制成小尺寸栅长，所以这种应变片标距较大，适用范围不宽，价格较低。而箔状应

4、变片的栅箔薄而宽，因而粘贴牢固、散热性好，能较好地反映构件表面的变形，测量精度高，同时易于制成栅长很小或各种形状的应变片，所以在各个测量领域得到广泛的应用。金属箔状应变片的构造如图5⁃?3所示图5-?3　金属箔状应变片的构造(2)半导体应变片。(3)应变片的主要参数1)几何参数(敏感栅尺寸)：指应变片敏感栅的标距长度(栅长)和宽度(栅宽)。2)标称电阻(初始电阻)R：也称应变片的原始电阻值，是指应变片未粘贴前在室温下测得的静态电阻值，常见的有60Ω、120Ω、200Ω、250Ω、600Ω和1000Ω等类型。3)允许

5、工作电流I：应变片的允许工作电流又称为最大工作电流，是指允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流值。4)绝缘电阻:指电阻应变片(计)引出线与构件之间的电阻值。5)灵敏系数K:表示应变计变换性能的重要参数。表示应变计性能的参数还有工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等。1.弹性敏感元件及其用途1)作为弹性敏感元件,其作用是将被测参量力、压力、力矩转换成应变量或位移量(由弹性敏感元件)，然后再转换成电量(电压、电流或电阻)。2)作为弹性支承，其作用是支承传感器中活动部分(形变、位移不是测量量)。2.弹性

6、敏感元件的结构常用弹性敏感元件的结构如图5⁃?4所示。图5-?4　常用弹性敏感元件的结构任务二　认识弹性敏感元件3.弹性敏感元件的基本特性变形（形变）：有外力作用时，物体改变尺寸或形状。1.电阻应变式传感器及其用途电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变片（计）、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化，通过测量仪器，将此变化转变成和被测物理量成比例的电信号输出，从而可以测量力、压力、扭矩、

7、位移、加速度和温度等多种物理量。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等，图5⁃?5是几种电阻应变式传感器。2.电阻应变式传感器的结构1)电阻应变式传感器的结构如图5-?6所示。2)应变片的安装。3.电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器的工作原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。传感器中应变片的电阻变化很微弱，用万用表无法测量，为了便于显示和控制，需将变化的电阻值转换成电信

8、号输出，所以通常采用电桥作为测量电路。电桥电路有惠斯顿电桥、半桥双臂和全桥电路。惠斯顿电桥电路和热敏电阻温度测量电路是一样的。(1)半桥双臂电路。图5-?5　几种电阻应变式传感器图5-?6　常见电阻应变式传感器的几种结构形式图5-?7　应变片的安装示意图图5-?8　PE-?1型称重传感(2)全桥电路。Uo=UiΔR/R图5-?9　半桥双臂电路图5-?10　全