傳感器原理 電阻應(yīng)變式傳感器

1、傳感器原理 電阻應(yīng)變式傳感器第1頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。 一、應(yīng)變效應(yīng)第2頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種電阻傳感器， 它主要由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變片 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成。 利用電阻應(yīng)變式傳感器可以測(cè)量力、位移、形變、加速度等參數(shù)。 第3頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日?qǐng)D2-3 電子秤中的應(yīng)變式電阻傳感器 第4頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日一

2、、彈性敏感元件彈性敏感元件是一種在力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)力消失后能恢復(fù)成原來(lái)狀態(tài)的元件，是電阻式傳感器的敏感元件。它通過(guò)與被測(cè)物件接觸，能直接感受到被測(cè)的量的變化。因而在傳感器中占有非常重要的地位，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響應(yīng)變式電阻傳感器的性能和測(cè)量精度。 第5頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日1力敏感元件力彈性敏感元件大都采用等截面柱式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結(jié)構(gòu)。圖所示為幾種常見(jiàn)的力敏感元件。 圖 幾種常見(jiàn)的力敏感元件 第6頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日2壓力敏感元件常見(jiàn)的壓力彈性敏感元件有彈簧管、波紋管、膜盒、薄壁半球和薄壁圓管等。壓力

3、敏感元件可以把液體或氣體產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)換為位移量輸出。下圖所示為幾種常見(jiàn)的壓力彈性敏感元件。 第7頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 認(rèn)識(shí)幾個(gè)彈性敏感元件 金屬波紋管 第8頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日第9頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大 。第10頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日二、電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。

4、第11頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日1.電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)圖2-4 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變片用于測(cè)量力F的計(jì)算公式： 當(dāng)沿金屬絲的長(zhǎng)度方向施加均勻力時(shí)，上式中、r、l都將發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)證明，電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變R=R/R與電阻應(yīng)變片的縱向應(yīng)變x的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即第13頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 對(duì)于不同的金屬材料，K 略微不同，一般為2左右。而對(duì)半導(dǎo)體材料而言，由于其感受到應(yīng)變時(shí)，電阻率 會(huì)產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。 在材料

5、力學(xué)中，x稱為電阻絲的軸向應(yīng)變，也稱縱向應(yīng)變，是量綱為1的數(shù)。x通常很小，常用10-6表示之。例如，當(dāng)x為0.000001時(shí)，在工程中常表示為110-6或m/m。在應(yīng)變測(cè)量中，也常將之稱為微應(yīng)變()。 對(duì)金屬材料而言，當(dāng)它受力之后所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過(guò)材料的極限強(qiáng)度而導(dǎo)致斷裂。 第14頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日2、結(jié)構(gòu)類型與粘貼金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬絲式 箔式薄膜式1）結(jié)構(gòu)類型第15頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日l(shuí)bl稱應(yīng)變片的 標(biāo)距或工作基長(zhǎng)b稱應(yīng)變片的 工作寬度b*l稱應(yīng)變

6、片的規(guī)格（1）金屬絲式第16頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日金屬絲式應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 （2） 箔式 通過(guò)光刻、腐蝕而成，散熱條件好，電流密度高，靈敏度高，可制成任意形狀。第18頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日箔式應(yīng)變片的外形第19頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日（3）薄膜式 真空蒸鍍技術(shù)制成，特點(diǎn)同上。第20頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日（4）半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片外形第21頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分

7、，星期日應(yīng)變片主要性能指標(biāo)舉例第22頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變片粘貼演示2）應(yīng)變片的粘貼第23頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變片的檢查與選擇試件的表面處理底層處理貼片固化粘貼質(zhì)量檢查引線焊接與組橋連線步驟：第24頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日三、應(yīng)變式電阻傳感器的測(cè)量電路 1電源接入方式惠斯登電橋電路按照所提供電源的不同分為直流電橋和交流電橋兩種形式，其接入方式如圖所示。 電源接入方式 第25頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日2應(yīng)變片接入方式 圖： 應(yīng)變片的三種接入方式第26頁(yè)

8、，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日?qǐng)D： 應(yīng)變式電阻傳感器的實(shí)際電路第27頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日a.電橋輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。b.若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不一致時(shí)，則輸出電壓為兩者之和。c.若相對(duì)橋臂的應(yīng)變極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之為兩者之差。討論(一)電橋的主要特性第28頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 上述三種工作方中:全橋四臂靈敏度最高，雙臂半橋靈敏度次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。第29頁(yè)，共

9、60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日四、溫度補(bǔ)償1、補(bǔ)償塊補(bǔ)償法R1試件受力后應(yīng)變片R1產(chǎn)生的電阻增量；R1t、R2t由溫度變化引起的R1、R2的電阻增量。補(bǔ)償塊溫度補(bǔ)償示意圖1試件 2補(bǔ)償塊第30頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較??；半橋也同樣能克服溫漂。 2、橋路自補(bǔ)償?shù)?1頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一

10、類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。 五、應(yīng)用第32頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日材料應(yīng)變的測(cè)量第33頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日案例：橋梁固有頻率測(cè)量第34頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日測(cè)力演示動(dòng)畫1、力和扭矩第35頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星

11、期日稱重計(jì)第36頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變式力傳感器 FFFF第37頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日各種懸臂梁 第38頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日各種懸臂梁 FF固定點(diǎn)固定點(diǎn)電纜第39頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FR1R2 R4第40頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日汽車衡第41頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 ）第42頁(yè)，共60頁(yè)，2022

12、年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日汽車衡稱重系統(tǒng)第43頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日電子秤 磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示第44頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一第45頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日人體秤 第46頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日吊鉤秤 便攜式第47頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA

13、，有單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。第48頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日壓力測(cè)量演示2、壓力第49頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日第50頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)第51頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)第52頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日案例：機(jī)器人握力測(cè)量第53頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對(duì)壓力傳感器第54頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器第55頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管第56頁(yè)，共60頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)24分，星期日投入式液位計(jì) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計(jì)：p1的進(jìn)氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導(dǎo)壓力而與液體相通。 第57頁(yè)，共60頁(yè)，2022