應變式傳感器原理及應用ppt課件

1、 第二章第二章 傳感檢測技術的根本知識傳感檢測技術的根本知識航天航天交通交通攝象頭攝象頭:CCD傳感器傳感器指紋傳感器指紋傳感器傳感檢測技術傳感檢測技術傳感檢測系統(tǒng)的組成傳感檢測系統(tǒng)的組成 一個完好的檢測系統(tǒng)或檢測安裝通常由傳感器、一個完好的檢測系統(tǒng)或檢測安裝通常由傳感器、丈量電路、顯示記錄安裝和數(shù)據(jù)處置安裝與執(zhí)行丈量電路、顯示記錄安裝和數(shù)據(jù)處置安裝與執(zhí)行機構等部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯機構等部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處置等到功能。示和處置等到功能。被測對象被測對象傳感器傳感器中間變換安裝顯示安裝顯示安裝記錄安裝記錄安裝數(shù)據(jù)處數(shù)據(jù)處理安裝理安裝 物理量電量電量/數(shù)字量信

2、息轉換信息轉換信息提取信息提取一、傳感器一、傳感器1、定義：、定義：n傳感器：以一定準確度把被丈量轉換為與傳感器：以一定準確度把被丈量轉換為與之有確定對應關系的，便于運用的某種物之有確定對應關系的，便于運用的某種物理量的丈量安裝。理量的丈量安裝。n定義含義：定義含義：n傳感器是丈量安裝傳感器是丈量安裝n傳感器的輸入量是某一被丈量傳感器的輸入量是某一被丈量n傳感器的輸出量應是便于轉換的物理量傳感器的輸出量應是便于轉換的物理量n傳感器的輸入與輸出之間有一定準確程度傳感器的輸入與輸出之間有一定準確程度的對應關系的對應關系傳感器稱號：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測器、傳感器稱號：發(fā)送器、傳送器、變送器、

3、檢測器、 探頭探頭 傳感器的功用是一感二傳，傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去即感受被測信息，并傳送出去被丈量被丈量電量電量敏感元件、轉換元件、根本轉換電路敏感元件、轉換元件、根本轉換電路被丈量被丈量輸出量輸出量 敏感元件：它是直接感受被丈量，并輸出與被丈量成確定關系的某一物理量的元件。 轉換元件：敏感元件的輸出 就是它的輸入，它把輸入的被丈量摶換成電 路參量。 根本轉換電路：上述電路參 量輸入根本轉換電路簡稱轉換電路，便可轉換成電量輸出。輔助電源輔助電源敏感元件敏感元件轉換元件轉換元件根本轉換電路根本轉換電路2、傳感器組成、傳感器組成 傳感器是知識密集、技術密集的行業(yè)，它與許

4、多學科有關，它的種類非常繁多。為了很好地掌握它、運用它，需求有一個科學的分類方法。3、傳感器分類、傳感器分類 例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等。感器、溫度傳感器等。 模擬傳感器、數(shù)字傳感器。模擬傳感器、數(shù)字傳感器。 雙向傳感器、單向傳感器等。雙向傳感器、單向傳感器等。 按照傳感器的用途來分類按照傳感器的用途來分類 根據(jù)傳感器輸出是模擬信號還是數(shù)字信號根據(jù)傳感器輸出是模擬信號還是數(shù)字信號根據(jù)轉換過程可逆與否根據(jù)轉換過程可逆與否各種電子秤各種電子秤廣泛運用于廣泛運用于高高精精度度電電子子汽汽車車衡衡 動態(tài)電子秤動態(tài)電子秤電子天平電子天平機械秤包

5、裝機機械秤包裝機吊秤吊秤 LRSL2r LRS典型的電阻應變片構造表示圖典型的電阻應變片構造表示圖 2341bl柵長柵長柵寬柵寬 2341 2341 2341 2341金屬應變計金屬應變計 R2R4R1R3E電橋線路原理圖RgACDIgB R2R4R1R3E電橋線路原理圖RgACDIgB2143432143213241RRRRRRRRRRRRRRRRREIgg14231234123434121ggggE R RR RUI RRRRRR RRRR RRRR14231234123434121ggggE R RR RUI RRRRRR RRRR RRRR14231234gR RR RUERRRR43

6、213241RRRRRRRRRREUg 4433221133224411RRRRRRRRRRRRRRRREUg 4433221133224411RRRRRRRRRRRRRRRREUg1 1、等臂電橋、等臂電橋當當R1=R2=R3=R4=RR1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋。時，稱為等臂電橋。此時電橋輸出可寫為此時電橋輸出可寫為 43213241432122RRRRRRRRRRRRRRREUg3124123444gRRRREEKURRRRRKR普通情況下，普通情況下，Rii=1，2，3，4很小，即很小，即RRi，略去上式中的高階微量，并利用略去上式中的高階微量，并利用 式得到式得到: 3

7、124123444gRRRREEKURRRRKERREUg443124123444gRRRREEKURRRR112114211424KKERRRRERRREUg3281412114KKKKEUg32328141214814121144KKKKEKKKKEKE1/2K例：設例：設K=2，要求非線性誤差，要求非線性誤差1%，試求允許丈量的，試求允許丈量的最大應變值最大應變值max。01.021maxK1000001. 0201. 0201. 02maxK結論：假設被測應變大于10000，采用等臂電橋時的非線性誤差大于1%。2 2、第一對稱電橋、第一對稱電橋假 設 電 橋 橋 臂 兩 兩 相 等 ，

8、 即假 設 電 橋 橋 臂 兩 兩 相 等 ， 即 R 1 = R 2 = RR 1 = R 2 = R ，R3=R4=RR3=R4=R，那么稱它為第一對稱電橋，如圖，那么稱它為第一對稱電橋，如圖，本質上它是半等臂電橋。設本質上它是半等臂電橋。設R1R1有一增量有一增量RR，電，電橋的輸出電壓為橋的輸出電壓為: :RRRERRRRRRRREUg2422RRRRE21114UgEBACD4EUgKRRRRRRRRRREUgRRkkkkRREUg111121RRkUgR2=RR4=RR1=RR3=RE第二對稱電橋BACDRRkk1KkkERRkkEUg1212kk12411KERREUg44KRR

9、KRRbl2cos2121rrrrrrddll2001LnlrrnL212rrnrnnlLLL2121221敏感柵柵絲的總長為敏感柵柵絲的總長為L L，敏感柵的靈敏系數(shù)為，敏感柵的靈敏系數(shù)為KSKS，那，那么電阻相對變化為：么電阻相對變化為：rSSSKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2SxKLrnnlK2) 1(2SyKLrnK2) 1( xyrRKKRrrnrnnlLLL2121221當當r=0r=0時，可得軸向靈敏度系數(shù)：時，可得軸向靈敏度系數(shù)：RRKxryRRKrnnlrnKKHxy121當當=0=0時，可得橫向靈敏度系數(shù)：時，可得橫向靈敏度系數(shù)：lim真實應變z指示應變

10、i10%1|100%ziz0llxtx0llxtx 002sinsin 212xtx（）ttx2sin0vf0llxtxllxxdxltxxmltltsin2sin2sin10022平均應變m與中點應變t相對誤差為：si 2n1311 tmmttll（）0llxtx平均應變m與中點應變t相對誤差為：sin1tmtll下表給出了下表給出了l/l/為為1/101/10和和1/201/20時時 的數(shù)值：的數(shù)值：誤差誤差的計算結果的計算結果 l / 1 tRtRK應變片靈敏系數(shù); e試件資料線膨脹系數(shù)；g敏感柵資料線膨脹系數(shù)。2 egRKtR12 218tegtRRRtKtRRR （）ttegtRKt

11、tRK ttegttK ttegttK 0getK tgeK由兩種不同電阻溫度系數(shù)一種為正值，一種為負值的資料串聯(lián)組成敏感由兩種不同電阻溫度系數(shù)一種為正值，一種為負值的資料串聯(lián)組成敏感柵，以到達一定溫度范圍內在一定資料的試件上實現(xiàn)溫度補償柵，以到達一定溫度范圍內在一定資料的試件上實現(xiàn)溫度補償. .(Ra) t = (Rb) t焊點焊點RaRb把把R1R1與與R2R2接入電橋相鄰臂上，接入電橋相鄰臂上，當被測試件不接受應變時，當被測試件不接受應變時，R1R1和和R2R2處于同一溫處于同一溫度場，調整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，度場，調整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即：即：032410RR

12、RRAU 選擇選擇R1=R2=RR1=R2=R及及R3=R4=rR3=R4=r。 當溫度升高或降低當溫度升高或降低t t 時，假設時，假設R1t=R2tR1t=R2t，即兩，即兩個應變片的熱輸出相等，那么電橋的輸出電壓為：個應變片的熱輸出相等，那么電橋的輸出電壓為：01142231212120ttttttttUARRRRRRARRrRRrA RrrRRrrRArRR ArRKRAr RRRRRRRAUtt132241110構件受彎構件受彎曲應力曲應力構件受單向應力構件受單向應力構件受彎曲應力梁受彎曲應變時，應變片梁受彎曲應變時，應變片R1R1和和R2R2的變形方向相的變形方向相反，上面受拉，下

13、面受壓，應變絕對值相等，符反，上面受拉，下面受壓，應變絕對值相等，符號相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出號相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓添加一倍。當溫度變化時，應變片電壓添加一倍。當溫度變化時，應變片R1R1和和R2R2阻值變化的符號一樣，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸阻值變化的符號一樣，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，到達了補償?shù)哪康?。出，到達了補償?shù)哪康?。構件受單向應?121UAR R K 圖圖2-14 2-14 柱式力傳感器柱式力傳感器FF面積面積S-1+2-2+1截面積截面積SF(a)(a)實心圓柱實心圓柱(b)(b)空心圓柱空心圓柱FF-2+1截面積截面積SF(a)(a)實心

14、圓柱實心圓柱1lFlESE21FSEF-2+1截面積截面積SFU0R1R3R5R7R6R8R2R4R6R7R8R2R3R4R5R1一端固定，一端自在，厚度為一端固定，一端自在，厚度為h,長度長度l，固定端寬度為，固定端寬度為b0,力力F 作用在三角形頂點。其外表應作用在三角形頂點。其外表應變?yōu)樽優(yōu)?：206 FlEb h E4 4只應變片只應變片電橋。電橋。0b206 FlEb h E4 4只應變片只應變片0b Ug12344gUKU1423206 gFlUUKUKbh E4 4只應變片只應變片224 Flbh E4 4只應變片只應變片23 Flbh E懸臂梁是一端固定、一端自在的彈性敏感元件。它的特點是靈敏度比較高。懸臂梁是一端固定、一端自在的彈性敏感元件。它的特點是靈敏度比較高。所以多用于較小力的丈量。例如，民用電子稱中就多采用懸臂梁。當力所以多用于較小力的丈量。例如，民用電子稱中就多采用懸臂梁。當力F F例如蘋果的重力以垂直方向作用于電子秤中的鋁質懸臂梁的末端時，梁例如蘋果的重力以垂直方向作用于電子秤中的鋁質懸臂梁的末端時，梁的上外表產(chǎn)生拉應變，下外表產(chǎn)生壓應變，上下外表的應變大小相等符號相的上外表產(chǎn)生拉應變，下外表產(chǎn)生壓應變，上下外表的應變大小相等符號相反。粘貼在上下外表的應變片也隨之拉伸和縮短。得