传感器与检测技术项目课件.ppt

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1、力的检测在工程应用中极为重要，往往是确定设备安全使用的主要性能指标，在工况监测中广泛应用，如压力加工、水坝强度监测、机械制造等。力学量的检测在行业上主要使用电阻应变片将受力转换为应变，进而改变电阻引起电路参量变化。除了电阻应变以外，随着现代半导体技术的发展，压阻式、压磁式和压电式传感器也得到了长足发展，丰富了力检测方法。力和压力检测系统通过熟悉电阻应变片传感器的使用，了解力检测的一般原理和使用条件，掌握力传感器的一般分类、原理和使用方法。任务一认识力传感器知识目标通过实践操作和训练理解，初步认识电阻应变片传感器及其检测适应性，了解工业中常用的各种电阻应变片式传感器的基本选用原则。技能目标任务

2、一认识力传感器电阻应变片式测力传感器多应用于工程检测上，如水坝、桥梁、涵洞等结构件的应力监测，也应用于变形测试和振动检测等行业中，在称重检测中也得到广泛的应用。一、电阻应变片式测力传感器任务一认识力传感器由电阻的变化量可以推断出弹性体的受力大小为式中，R为电阻应变片的电阻（Ω）；μ为电阻丝的泊松系数；ε为电阻丝的应变率；ρ为电阻丝电阻率（Ω?m）。任务一认识力传感器一般，弹性元件的形式有柱形弹性元件、薄壁环形弹性元件和梁型弹性元件，如图5-2所示。任务一认识力传感器电阻丝应变片结构如图5-3所示，将直径为0.01~0.05mm的高电阻系数的金属丝弯曲成栅形，用粘结剂粘贴在绝缘基体上，金属丝的

3、两端焊接有引线，表面粘接绝缘保护片。金属丝的作用是感受试样表面的应变变化，被称为敏感栅。任务一认识力传感器（1）较高的电阻系数，即单位长度的电阻较大。（2）较大的应变灵敏度系数，且电阻应变灵敏度系数在尽可能大的应变范围内保持常数，即线性度较好。（3）较小的温度系数。（4）较高的弹性极限，有较宽的应变检测范围。（5）良好的加工性能和焊接性。任务一认识力传感器基体应该具有较低的弹性模量、较高的绝缘电阻、良好的抗热及抗腐蚀性能。常用的基体有任务一认识力传感器应变片任务一认识力传感器任务一认识力传感器如图5-5所示，弹性元件圆筒两端有螺纹孔，可以传递外力，筒的中间贴有应变片（一般多个应变片对称布置）

4、，通过引线接入引线端将信号引出。任务一认识力传感器影响应变式传感器精度的主要因素有理论设计误差任务一认识力传感器(1)传感器电路、弹性元件、应变片、壳体、保护层等因素的影响(2)工艺制造和使用误差，如应变片制造误差、补偿回路（包括蠕变补偿）、弹性体材料热处理、机械加工、残余应力与应变的影响等某些铁磁材料（磁致伸缩材料）受到压缩时，导磁率沿应力方向下降，而沿与应力垂直方向增加，称为压磁效应。二、压磁式力传感器任务一认识力传感器压磁式传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构和电路简单、能在恶劣环境下工作、寿命长等一系列优点。任务一认识力传感器振弦式力传感器以拉紧的金属弦作为敏感元件的

5、谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小，通过相应的检测电路，就可得到与拉力成一定关系的电信号。振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为式中，l为振弦的长度（m）；ρ为单位弦长的质量（kg/m）；T为受到的拉力（N）。三、振弦式力传感器任务一认识力传感器振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。任务一认识力传感器常用的电路有分压电路、电位器电路、电桥电路（桥路），以及各种形式的振荡和谐振电路。由于桥路线路简单，灵敏度和准确度较高，容易采取各种补偿措施，输出电平易于调整，桥电源所需功率小，甚至可对

6、载波信号进行调制等优点，因此它的应用最为广泛，特别是电阻应变检测中，精密电桥是必不可少的设备。四、检测电桥任务一认识力传感器1.按功能分类电桥按功能分为平衡电桥和不平衡电桥两种。任务一认识力传感器2.按电桥电源分类电桥按电桥电源分为直流电桥和交流电桥两种。1）直流电桥从电桥输出的线性度以及电桥臂阻抗受温度等干扰而变化时造成对桥输出的影响看，恒流源电桥明显优于恒压源电桥，因此适用于以半导体电阻为敏感元件的传感器。任务一认识力传感器任务一认识力传感器2）交流电桥交流电桥电源为正弦交流或对称矩形波，它虽调节平衡比直流电桥麻烦，但输出交流信号易于放大，抗干扰能力强，且电桥的灵敏度通常比直流电桥高。因

7、此它不仅用于电感和电容参数的变换，也经常用于电阻参数的变换。这类电桥通常可获得更为优良的性能。任务一认识力传感器实训目标使用等强度悬臂梁的中部粘接一个电阻应变片，初步掌握常用电阻应变片的粘贴技术及其质量检查方法，掌握半桥接线方法，根据电桥和差特性掌握正确的组桥方法。实训一认识电阻应变片及其使用方法实训一认识电阻应变片及其使用方法实训一认识电阻应变片及其使用方法实训一认识电阻应变片及其使用方法实训一认识电阻应变