力和壓力檢測系統(tǒng)PPT通用課件

1、力的檢測在工程應用中極為重要，往往是確定設備安全使用的主要性能指標，在工況監(jiān)測中廣泛應用，如壓力加工、水壩強度監(jiān)測、機械制造等。力學量的檢測在行業(yè)上主要使用電阻應變片將受力轉換為應變，進而改變電阻引起電路參量變化。除了電阻應變以外，隨著現(xiàn)代半導體技術的發(fā)展，壓阻式、壓磁式和壓電式傳感器也得到了長足發(fā)展，豐富了力檢測方法。力和壓力檢測系統(tǒng)通過熟悉電阻應變片傳感器的使用，了解力檢測的一般原理和使用條件，掌握力傳感器的一般分類、原理和使用方法。任務一 認識力傳感器知識目標通過實踐操作和訓練理解，初步認識電阻應變片傳感器及其檢測適應性，了解工業(yè)中常用的各種電阻應變片式傳感器的基本選用原則。技能目標任務

2、一 認識力傳感器電阻應變片式測力傳感器多應用于工程檢測上，如水壩、橋梁、涵洞等結構件的應力監(jiān)測，也應用于變形測試和振動檢測等行業(yè)中，在稱重檢測中也得到廣泛的應用。一、電阻應變片式測力傳感器任務一 認識力傳感器由電阻的變化量可以推斷出彈性體的受力大小為式中，R為電阻應變片的電阻（）；為電阻絲的泊松系數(shù)；為電阻絲的應變率；為電阻絲電阻率（?m）。任務一 認識力傳感器一般，彈性元件的形式有柱形彈性元件、薄壁環(huán)形彈性元件和梁型彈性元件，如圖5-2所示。任務一 認識力傳感器電阻絲應變片結構如圖5-3所示，將直徑為0.010.05 mm的高電阻系數(shù)的金屬絲彎曲成柵形，用粘結劑粘貼在絕緣基體上，金屬絲的兩端

3、焊接有引線，表面粘接絕緣保護片。金屬絲的作用是感受試樣表面的應變變化，被稱為敏感柵。任務一 認識力傳感器（1）較高的電阻系數(shù)，即單位長度的電阻較大。（2）較大的應變靈敏度系數(shù)，且電阻應變靈敏度系數(shù)在盡可能大的應變范圍內保持常數(shù)，即線性度較好。（3）較小的溫度系數(shù)。（4）較高的彈性極限，有較寬的應變檢測范圍。（5）良好的加工性能和焊接性。任務一 認識力傳感器基體應該具有較低的彈性模量、較高的絕緣電阻、良好的抗熱及抗腐蝕性能。常用的基體有任務一 認識力傳感器應變片任務一 認識力傳感器任務一 認識力傳感器如圖5-5所示，彈性元件圓筒兩端有螺紋孔，可以傳遞外力，筒的中間貼有應變片（一般多個應變片對稱布

4、置），通過引線接入引線端將信號引出。任務一 認識力傳感器影響應變式傳感器精度的主要因素有理論設計誤差任務一 認識力傳感器(1)傳感器電路、彈性元件、應變片、殼體、保護層等因素的影響(2)工藝制造和使用誤差，如應變片制造誤差、補償回路（包括蠕變補償）、彈性體材料熱處理、機械加工、殘余應力與應變的影響等某些鐵磁材料（磁致伸縮材料）受到壓縮時，導磁率沿應力方向下降，而沿與應力垂直方向增加，稱為壓磁效應。二、壓磁式力傳感器任務一 認識力傳感器壓磁式傳感器具有輸出功率大、抗干擾能力強、過載性能好、結構和電路簡單、能在惡劣環(huán)境下工作、壽命長等一系列優(yōu)點。任務一 認識力傳感器振弦式力傳感器以拉緊的金屬弦作為

5、敏感元件的諧振式傳感器。當弦的長度確定之后，其固有振動頻率的變化量即可表征弦所受拉力的大小，通過相應的檢測電路，就可得到與拉力成一定關系的電信號。振弦的固有振動頻率f與拉力T的關系為式中，l為振弦的長度（m）；為單位弦長的質量（kg/m）；T為受到的拉力（N）。三、振弦式力傳感器任務一 認識力傳感器振弦的材料與質量直接影響傳感器的精度、靈敏度和穩(wěn)定性。振弦式傳感器由振弦、磁鐵、夾緊裝置和受力機構組成。任務一 認識力傳感器常用的電路有分壓電路、電位器電路、電橋電路（橋路），以及各種形式的振蕩和諧振電路。由于橋路線路簡單，靈敏度和準確度較高，容易采取各種補償措施，輸出電平易于調整，橋電源所需功率小

6、，甚至可對載波信號進行調制等優(yōu)點，因此它的應用最為廣泛，特別是電阻應變檢測中，精密電橋是必不可少的設備。四、檢測電橋任務一 認識力傳感器1.按功能分類電橋按功能分為平衡電橋和不平衡電橋兩種。任務一 認識力傳感器2.按電橋電源分類電橋按電橋電源分為直流電橋和交流電橋兩種。1）直流電橋從電橋輸出的線性度以及電橋臂阻抗受溫度等干擾而變化時造成對橋輸出的影響看，恒流源電橋明顯優(yōu)于恒壓源電橋，因此適用于以半導體電阻為敏感元件的傳感器。任務一 認識力傳感器任務一 認識力傳感器2）交流電橋交流電橋電源為正弦交流或對稱矩形波，它雖調節(jié)平衡比直流電橋麻煩，但輸出交流信號易于放大，抗干擾能力強，且電橋的靈敏度通常

7、比直流電橋高。因此它不僅用于電感和電容參數(shù)的變換，也經(jīng)常用于電阻參數(shù)的變換。這類電橋通?？色@得更為優(yōu)良的性能。任務一 認識力傳感器實訓目標使用等強度懸臂梁的中部粘接一個電阻應變片，初步掌握常用電阻應變片的粘貼技術及其質量檢查方法，掌握半橋接線方法，根據(jù)電橋和差特性掌握正確的組橋方法。實訓一 認識電阻應變片及其使用方法實訓一 認識電阻應變片及其使用方法實訓一 認識電阻應變片及其使用方法實訓一 認識電阻應變片及其使用方法實訓一 認識電阻應變片及其使用方法操作步驟實訓一 認識電阻應變片及其使用方法 1. 2. 3.檢查電阻應變片并處理連接接頭組橋和標定檢測應變通過熟悉壓阻式傳感器使用，了解壓力檢測的

8、一般原理和使用條件，掌握壓力傳感器的一般分類、原理和使用方法。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用知識目標通過實踐操作和訓練理解，初步認識壓阻式傳感器及其檢測適應性，了解工業(yè)中常用的各種壓阻式傳感器的使用方法和一般規(guī)程。技能目標任務二 壓阻式壓力傳感器的應用壓力（壓強）傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，主要檢測流體（如氣體和液體）的壓力值，單位為Pa，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器是用于檢測液體與氣體的壓強的傳感器。知識鏈接任務二 壓阻式壓力傳感器的應用壓阻式傳感器是指利用單晶硅

9、材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過檢測電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。壓阻式傳感器用于壓力、拉力、壓力差和可以轉變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何?、加速度、重量、應變、流量、真空度）的檢測和控制。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用壓阻效應：當力作用于某些硅晶體時，晶體的晶格產(chǎn)生變形,使載流子從一個能谷向另一個能谷散射,引起載流子的遷移率發(fā)生變化，電阻率發(fā)生變化。一、壓阻式壓力傳感器任務二 壓阻式壓力傳感器的應用壓阻式壓力傳感器：周邊固定支撐的電阻和硅膜片的一體化硅杯式擴散型壓力傳感器。優(yōu)點是：頻率響應高,適于動態(tài)檢測體積小，適于微型化，可

10、集成到一個芯片上精度高，可達0.10.01靈敏高, 有些應用場合可不加放大器無活動部件，可靠性高任務二 壓阻式壓力傳感器的應用任務二 壓阻式壓力傳感器的應用壓阻式壓力傳感器廣泛地應用于航空航天、航海、石油化工、動力機械、生物醫(yī)學工程、氣象、地質、地震檢測等各個領域。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用二、壓力傳感器檢測常識任務二 壓阻式壓力傳感器的應用1.負壓和絕壓檢測3.2.漂移及影響傳感器漂移的因素精度1.負壓和絕壓檢測圖5-17所示為負壓檢測壓力圖，負壓傳感器也稱為表壓傳感器，傳感器兩端均連接至大氣，兩端受到大氣壓力相同時相互抵消。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用圖5-18所示為絕壓檢測壓力圖，

11、絕壓傳感器的背面完全密封且抽為真空。因此，絕壓傳感器可以檢測大氣壓的變化，通常檢測沒有參考氣壓值的氣體環(huán)境。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用2.漂移及影響傳感器漂移的因素壓力傳感器中的漂移產(chǎn)生的根本原因在于所有的壓力傳感器均基于一種材料的彈性變形，不論其材質彈性如何良好，每次彈性回復后，總會產(chǎn)生一定的彈性疲勞和殘余形變。在傳感器使用過程中，由于彈性材料引起的漂移根據(jù)材質不同各不相同。任務二 壓阻式壓力傳感器的應用3.精度壓力傳感器的精度表示方法是以誤差值的大小來量度的，一般為%FS，即誤差相當于滿量程的百分比。通常精度包含了非線性誤差、重復性誤差和遲滯（回復）誤差。例如，壓力傳感器標示精度為0.5%FS，量程為100 kP