傳感器原理 電阻應變式傳感器

傳感器原理電阻應變式傳感器第一頁，共六十頁，2022年，8月28日導體或半導體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應變效應。一、應變效應第二頁，共六十頁，2022年，8月28日

電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器是一種電阻傳感器，它主要由①彈性敏感元件、②電阻應變片③測量轉(zhuǎn)換電路組成。利用電阻應變式傳感器可以測量力、位移、形變、加速度等參數(shù)。第三頁，共六十頁，2022年，8月28日圖2-3電子秤中的應變式電阻傳感器第四頁，共六十頁，2022年，8月28日一、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，當力消失后能恢復成原來狀態(tài)的元件，是電阻式傳感器的敏感元件。它通過與被測物件接觸，能直接感受到被測的量的變化。因而在傳感器中占有非常重要的地位，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響應變式電阻傳感器的性能和測量精度。第五頁，共六十頁，2022年，8月28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)。圖所示為幾種常見的力敏感元件。圖幾種常見的力敏感元件第六頁，共六十頁，2022年，8月28日2．壓力敏感元件常見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的壓力彈性敏感元件。第七頁，共六十頁，2022年，8月28日

認識幾個彈性敏感元件金屬波紋管

第八頁，共六十頁，2022年，8月28日第九頁，共六十頁，2022年，8月28日

金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大。第十頁，共六十頁，2022年，8月28日二、電阻應變式傳感器--應變片電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日1.電阻應變片的結(jié)構(gòu)圖2-4電阻應變片的結(jié)構(gòu)第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日應變片用于測量力F的計算公式：當沿金屬絲的長度方向施加均勻力時，上式中ρ、r、l都將發(fā)生變化，導致電阻值發(fā)生變化。實驗證明，電阻應變片的電阻應變εR=△R/R與電阻應變片的縱向應變εx的關系在很大范圍內(nèi)是線性的，即第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日對于不同的金屬材料，K略微不同，一般為2左右。而對半導體材料而言，由于其感受到應變時，電阻率會產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。在材料力學中，x稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變，是量綱為1的數(shù)。x通常很小，常用10-6表示之。例如，當x為0.000001時，在工程中常表示為110-6或m/m。在應變測量中，也常將之稱為微應變(με)。對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過材料的極限強度而導致斷裂。第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日2、結(jié)構(gòu)類型與粘貼金屬應變片半導體應變片金屬絲式箔式薄膜式1）結(jié)構(gòu)類型第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日lbl稱應變片的標距或工作基長b稱應變片的工作寬度b*l稱應變片的規(guī)格（1）金屬絲式第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日金屬絲式應變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日（2）箔式通過光刻、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。第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日箔式應變片的外形第十九頁，共六十頁，2022年，8月28日（3）薄膜式真空蒸鍍技術制成，特點同上。第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日（4）半導體應變片半導體應變片外形第二十一頁，共六十頁，2022年，8月28日應變片主要性能指標舉例第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日應變片粘貼演示2）應變片的粘貼第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日應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：第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日三、應變式電阻傳感器的測量電路

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。電源接入方式第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日2．應變片接入方式圖：應變片的三種接入方式第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日圖：應變式電阻傳感器的實際電路第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日a.電橋輸出電壓與應變成線性關系。b.若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不一致時，則輸出電壓為兩者之和。c.若相對橋臂的應變極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之為兩者之差。討論(一)電橋的主要特性第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28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）還能實現(xiàn)溫度自補償。第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日四、溫度補償1、補償塊補償法ΔR1ε——試件受力后應變片R1產(chǎn)生的電阻增量；ΔR1t、ΔR2t——由溫度變化引起的R1、R2的電阻增量。補償塊溫度補償示意圖1—試件2—補償塊第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日當環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較小；半橋也同樣能克服溫漂。2、橋路自補償?shù)谌豁?，共六十頁?022年，8月28日應變效應的應用十分廣泛。它可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應變片的應用可分為兩大類：第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。

五、應用第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日材料應變的測量第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日案例：橋梁固有頻率測量第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日測力演示動畫1、力和扭矩第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日稱重計第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日應變式力傳感器FFFF第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日各種懸臂梁

第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日各種懸臂梁

FF固定點固定點電纜第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置FR1R2R4第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日汽車衡第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日汽車衡（以下參考北京遠亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料）第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日汽車衡稱重系統(tǒng)第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日電子秤

磅秤超市打印秤遠距離顯示第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日電子天平電子天平的精度可達十萬分之一第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日人體秤

第四十六頁，共六十頁，2022年，8月28日吊鉤秤

便攜式第四十七頁，共六十頁，2022年，8月28日應變式數(shù)顯扭矩扳手

用于汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。第四十八頁，共六十頁，2022年，8月28日壓力測量演示2、壓力第四十九頁，共六十頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十頁，2022年，8月28日案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測第五十一頁，共六十頁，2022年，8月28日案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測第五十二頁，共六十頁，2022年，8月28日案例：機器人握力測量第五十三頁，共六十頁，2022年，8月28日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進氣口低壓進氣口絕對壓力傳感器第五十四頁，共六十頁，2022年，8月28日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設備中用的壓力傳感器p1進氣管p2進氣管固態(tài)壓力傳感器第五十五頁，共六十頁，2022年，8月28日小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器表壓壓力傳感器p1進氣管第五十六頁，共六十頁，2022年，8月28日投入式液位計

壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。第