應(yīng)變式傳感器PPT課件

1、等效電路分析: Rp-總電阻;xp-變阻總長;RL負(fù)載電阻;x-電刷移動(dòng)量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx)1)(1pxxLRpRxpxinLRxRxRpRLRpRinLRxRLRxRxRpRinEEEoutE0 x 100%100%Output 0負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng)第1頁/共20頁電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變應(yīng)變轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為為電阻變化電阻變化的傳感器的傳感器, , 傳感器由在彈性元件上粘貼傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。構(gòu)成。 當(dāng)被測物理量作用在彈性當(dāng)被測物理量作用在彈性元件

2、上時(shí)元件上時(shí), , 彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化值變化, , 通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出電量輸出, , 電量電量變化的大小反映了被測物理量的大小。變化的大小反映了被測物理量的大小。 應(yīng)變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、應(yīng)變式電阻傳感器是目前測量力、力矩、 壓力、壓力、加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。加速度、重量等參數(shù)應(yīng)用最廣泛的傳感器。 第2頁/共20頁金屬電阻應(yīng)變片的工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)，即，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其

3、電阻值隨著它所受金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形機(jī)械變形(伸長或縮短伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 如圖 所示, 一根金屬電阻絲, 在其未受力時(shí), 原始電阻值為式中: 電阻絲的電阻率; L電阻絲的長度; S電阻絲的截面積。 SLR.第3頁/共20頁應(yīng)變片的電阻R為2rlR)(2drdrldlRrRlRRddrdldRdL/L是長度相對變化量, 用應(yīng)變表示 LdL在彈性范圍內(nèi), 金屬絲受拉力時(shí), 沿軸向伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為LdLrdrdRdR)21 ()21 (/RdRk第4頁/共20頁 金屬應(yīng)變片

4、由敏感柵、 基片、 覆蓋層和引線等部分組成。敏感柵是應(yīng)變片的核心部分, 它粘貼在絕緣的基片上, 其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層, 兩端焊接引出導(dǎo)線。第5頁/共20頁 金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng)金屬應(yīng)變片的橫向效應(yīng) 將應(yīng)變片粘貼在被測試件上時(shí), 其敏感柵由直線段和半圓弧段組成, 圓弧段電阻的變化小于同樣長度直線段電阻絲電阻的變化。將直的電阻絲繞成敏感柵后, 敏感柵的電阻變化較小, 因而其靈敏系數(shù)較電阻絲的靈敏系數(shù)小，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。 敏感柵愈窄敏感柵愈窄, 基長愈長的應(yīng)變計(jì)基長愈長的應(yīng)變計(jì), 其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。其橫向效應(yīng)引起的誤差越小。 第6頁/共20頁溫度誤差溫度誤差產(chǎn)生的原因

5、由于環(huán)境溫度改變而帶來的誤差, 稱為應(yīng)變計(jì)的溫度誤差, 又稱熱輸出。 產(chǎn)生溫度誤差的原因有二: (1) 敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化。 (2) 試件材料與應(yīng)變絲材料的線膨脹系數(shù)不一, 使應(yīng)變絲產(chǎn)生附加變形而造成的電阻變化。第7頁/共20頁對半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)EdERdRSg/工作原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng).壓阻效應(yīng)指單晶半導(dǎo)體材料在沿軸向受外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。單晶半導(dǎo)體在受外力作用時(shí)，原子點(diǎn)陣排列規(guī)律發(fā)生變化，導(dǎo)致載流子遷移率及載流子濃度變化，從而引起電阻率變化。 優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度高、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小、體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性差、

6、靈敏度分散度大，在較大應(yīng)變作用下，非線性誤差大。 dRdR)21 (第8頁/共20頁電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力第9頁/共20頁案例：案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。第10頁/共20頁案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過程監(jiān)測和生產(chǎn)過程監(jiān)測第11頁/共20頁案例：機(jī)器人握力測量案例：機(jī)器人握力測量第12頁/共20頁案例：案例：振動(dòng)式地音入侵探測器振動(dòng)式地音入侵探測器 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。第1

7、3頁/共20頁第14頁/共20頁案例：案例：煤氣包儲量檢測煤氣包儲量檢測原理直接將代表煤氣包儲量的高度變化轉(zhuǎn)換為鋼絲的電阻變化煤氣包鋼絲特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）測量量程大；）測量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。第15頁/共20頁案例：案例：橋梁固有頻率測量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車沖擊障礙物對橋梁進(jìn)行激勵(lì)，再通過應(yīng)變片測量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。4) 應(yīng)用應(yīng)變片上限測量頻率的限制因素：電橋激勵(lì)電源的頻率和應(yīng)變片的基長。一般應(yīng)變片上限測量頻率的限制因素：電橋激勵(lì)電源的頻率和應(yīng)變片的基長。一般上限測量頻率應(yīng)在電橋激勵(lì)電源頻率的上限測量頻率應(yīng)在電橋激勵(lì)電源頻率的1/5-1/10;1/5-1/10;基長愈短，上限測量頻率可基長愈短，上限測量頻率可以愈高以愈高第16頁/共20頁(5) 應(yīng)用案例：案例： 重量的自動(dòng)檢測重量的自動(dòng)檢測-配料設(shè)備配料設(shè)備重量設(shè)定原材料 比較原理用彈簧將力轉(zhuǎn)換為位移;再用變阻器將