傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程（ISBN978-7-111-48817-0）授課教案PAGEPAGE1模塊二、重量檢測(cè)授課教案課程名稱：檢測(cè)技術(shù)班級(jí)：性質(zhì)：考試課授課人：課題：模塊二、重量檢測(cè)課時(shí)安排：3課次編號(hào)：2、3教材分析難點(diǎn)電橋的調(diào)零，溫度補(bǔ)償重點(diǎn)汽車衡的使用教學(xué)目的和要求1．了解應(yīng)變片的類型、結(jié)構(gòu)及其測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。2．掌握荷重傳感器的計(jì)算。3．掌握汽車衡應(yīng)用。采用教學(xué)方法和實(shí)施步驟講授、課堂討論、分析、實(shí)訓(xùn)教具：各種應(yīng)變片、荷重傳感器各教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容知識(shí)鏈接質(zhì)量、重力與重量的基本概念1．重力提問：1.重力用什么字母表示？（字母W或F表示）；單位用什么表示？（N表示）。重力的方向是向哪兒？2.重力與質(zhì)量之間的數(shù)值關(guān)系可以用什么公式表示？（W=mg）。項(xiàng)目一商用電子秤【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】?知識(shí)目標(biāo)1）掌握應(yīng)變計(jì)和直流電橋的工作原理。2）熟悉商用電子秤的工作原理。?技能目標(biāo)1）掌握應(yīng)變計(jì)組橋及零位調(diào)整方法。2）熟悉電子秤的選型。任務(wù)一認(rèn)識(shí)應(yīng)變計(jì)演示：做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用力拉電阻絲時(shí)，電阻絲的長(zhǎng)度略有增加，直徑略有減小，從而導(dǎo)致電阻值R變大。在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，電阻絲的阻值從初始狀態(tài)的10.00Ω增大到10.05Ω，如圖所示。電阻絲在拉力作用下阻值增大結(jié)論：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)。提問：什么是縱向應(yīng)變？（試材受力后所產(chǎn)生的長(zhǎng)度相對(duì)變化量εx＝Δl/l）圖2-4幾種不同類型的電阻應(yīng)變計(jì)a）金屬絲式b）金屬箔式c）金屬箔式外形d）半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)1－電阻絲2－金屬箔3－半導(dǎo)體4－基片5－引腳6－定位標(biāo)記7－金絲提問：1.應(yīng)變片可分為哪兩大類？（金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類）2.半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬應(yīng)變片高還是低？（高幾十倍）3.半導(dǎo)體應(yīng)變片的的缺點(diǎn)是什么？（一致性差、溫漂大、電阻與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重）4.半導(dǎo)體應(yīng)變片使用時(shí)，最重要的是必須考慮什么問題？（溫度補(bǔ)償）表2-2幾種應(yīng)變計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)名稱電阻值/Ω靈敏度電阻溫度系數(shù)/℃-1極限工作溫度/℃最大工作電流/mAPZ-120型1201.9～2.12010-6-10～4020PJ-120型1201.9～2.12010-6-10～4020BX-200型2001.9～2.2－①-30～6025BA-120型1201.9～2.2－-30～20025BB-350型3501.9～2.2－-30～17025PB6-1K型1000(1±10%）145(1±5%)<0.4%<4015PB6-120型120(1±10%）120(1±5%)<0.2%<4020①可根據(jù)被粘貼材料的線膨脹系數(shù)進(jìn)行自補(bǔ)償加工，以下同。提問：表2-2中，哪幾種型號(hào)屬于半導(dǎo)體應(yīng)變片？依據(jù)是什么？任務(wù)二應(yīng)變計(jì)的粘貼（1）試件的表面處理；（2）確定貼片位置；（3）粘貼；（4）固化；（5）粘貼質(zhì)量檢查；（6）引線的焊接與防護(hù)。提問：粘貼應(yīng)變片時(shí)，為什么要重視試件的表面處理？任務(wù)三惠斯通電橋組橋一、直流電橋提問：直流電橋有幾個(gè)結(jié)點(diǎn)？（4個(gè)結(jié)點(diǎn)）結(jié)點(diǎn)接到哪兒？（一對(duì)結(jié)點(diǎn)接到激勵(lì)電源，另一對(duì)結(jié)點(diǎn)作為電壓輸出端）二、電子秤的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路——不平衡直流電橋1．橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓（2-3）（2-4）提問：應(yīng)變電橋的橋路激勵(lì)電壓大概是伏特級(jí)還是毫伏級(jí)？圖2-5應(yīng)變計(jì)的橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路a）基本應(yīng)變橋路b）橋路的并聯(lián)調(diào)零原理c）橋路的串聯(lián)調(diào)零原理2．應(yīng)變電橋的三種工作方式提問：1.應(yīng)變電橋的三種不同的工作方式分別是什么？（單臂半橋、雙臂半橋、全橋）2.哪一種工作方式的靈敏度最高？哪一種最低？3.哪一種工作方式能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償?shù)墓δ?？為什么?．橋路的零點(diǎn)輸出調(diào)整提問：1.在圖2-5b中，若R2=R3=R4，但R1略微偏大，應(yīng)該將RP往左調(diào)還是往右調(diào)？為什么？2.在圖2-5c中，若R2=R3=R4，但R1略微偏大，應(yīng)該將Rz縮短還是增長(zhǎng)？為什么？任務(wù)四商用電子秤的工作原理分析和選型一、商用電子秤的分類（1）按功能分類；（2）按用途分類；（3）按放置位置分類；（4）按準(zhǔn)確度分類；（5）按信號(hào)傳輸方式分類；（6）按顯示器分類；（7）按供電方式分類。二、商用電子秤的型號(hào)及含義圖2-7商用電子秤型號(hào)的含義提問：某電子秤的規(guī)格為ACS-100-Ⅳ，是屬于案秤還是臺(tái)秤？最大稱量值是多少千克？三、商用電子秤的主要性能指標(biāo)1）最大稱量；2）最小稱量；3）安全載荷；4）允許最大絕對(duì)誤差；5）最小感量例；6）分度數(shù)n（也稱刻度間隔數(shù)）；7）檢定分度值e；8）準(zhǔn)確度9）預(yù)熱時(shí)間；10）蠕變CREEP；11）最小靜載荷輸出恢復(fù)；12）遲滯；13）儲(chǔ)存溫度；14）使用環(huán)境溫度；15）濕度。例如：某電子秤的秤量為6000g，最小刻度（最小感量）為0.5g，則準(zhǔn)確度=0.5g/6000g=1/12000。提問：某一電子秤的規(guī)格為60kg×5g，則最小刻度或最小感量為多少克？例2-1某電子秤的規(guī)格為ACS-100-Ⅳ，10g（最小感量）起跳，求：該電子秤的分度數(shù)。解該電子秤為案秤，每10g為一個(gè)刻度或數(shù)顯面板最低位代表的數(shù)值，即e=10g，最大稱量為100kg，則分度數(shù)或刻度間隔數(shù)為：n=(100kg×1000)/10g=10五、案秤的組成提問：1.案秤主要由哪幾部分組成？（秤盤或秤臺(tái)、稱重傳感器和示值系統(tǒng)刻度盤或電子顯示儀表三部分組成）2.電子秤電路由哪幾部分組成？（應(yīng)變橋路、放大器、A—D轉(zhuǎn)換電路、微處理器電路、顯示電路、鍵盤電路、通訊接口電路、穩(wěn)壓電源電路等組成）。圖2-9力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的彈性敏感元件a）實(shí)心軸b）空心軸c）、d）等截面圓環(huán)e）、f）變形的圓環(huán)g）工字梁橋式h）等截面懸臂梁i）等強(qiáng)度懸臂梁j）雙連孔剪梁提問：圖2-9h、i中，懸臂梁受力后的上表面是受拉還是受壓？而下表面呢？圖2-10雙連孔剪梁受力后的應(yīng)變情況1－被測(cè)物2－托盤3－秤臺(tái)4－固定螺栓5－雙連孔剪梁6－限位器7－底座提問：1.圖2-10中，為什么雙連孔剪梁不是像懸臂梁那樣繞固定螺栓作圓弧狀向下彎曲，而是保持托盤的水平度向下位移？2.從圖2-10中可以看出，雙連孔剪梁受力后，上表面的R1是拉伸應(yīng)變，而靠近受力點(diǎn)位置的R2產(chǎn)生壓縮應(yīng)變？與圖2-9h、i中，懸臂梁受力后的應(yīng)變有何不同？圖2-11案秤的原理框圖提問：1.圖2-11中，微處理器是單指單片機(jī)嗎？有哪幾種芯片可以供選擇？2.橋路電源用50V或0.5V可以嗎？為什么？任務(wù)五案秤的溫度補(bǔ)償1．橋路自補(bǔ)償法；2．彈性元件的彈性模量溫度補(bǔ)償圖2-12電子秤的靈敏度溫度補(bǔ)償電路提問：1.為了實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，圖2-12已經(jīng)采用死逼全橋電路了，為什么還要采用熱敏電阻來進(jìn)行溫度補(bǔ)充？2.當(dāng)電子秤的應(yīng)變梁所處的環(huán)境溫度升高時(shí)，應(yīng)變梁的彈性是變高還是變低？靈敏度是上升還是下降？此時(shí)與橋路串聯(lián)的Rt應(yīng)該是增大還是減??？為什么？3.為什么要將Rt一分為二呢？項(xiàng)目二汽車衡【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】?知識(shí)目標(biāo)1）掌握荷重傳感器的計(jì)算及選型。2）熟悉動(dòng)態(tài)自動(dòng)汽車衡系統(tǒng)的組成。?技能目標(biāo)1）掌握汽車衡的安裝。2）熟悉汽車衡的檢定。3）熟悉汽車衡的故障分析和排除。任務(wù)一荷重傳感器的計(jì)算與選型一、有關(guān)荷重傳感器的計(jì)算（2-5）提問：1.橋路的滿量程輸出電壓Uom與激勵(lì)源電壓Ui有何關(guān)系？2.Ui可以是100V嗎？為什么？3.Uo是什么數(shù)量級(jí)？（2-6）（2-7）例2-3用圖2-13所示的等截面空心圓柱式荷重傳感器稱重，額定荷重Fm=10103kg，靈敏度KF為2mV/V，橋路電壓Ｕi為1）在額定荷重時(shí)的輸出電壓Uom。2）若希望在額定荷重時(shí)得到5V的輸出電壓（接到A-D轉(zhuǎn)換器），放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為多少倍？3）若要求能分辨1/3000的電壓變化，放大后輸出電壓的漂移應(yīng)小于多少毫伏？4）測(cè)得橋路的輸出電壓為8mV，求被測(cè)荷重為多少噸？5）當(dāng)承載為10kg時(shí)，傳感器的輸出電壓Uo(10kg)。解1）從圖2-13所示的荷重傳感器銘牌上得到：KF=2mV/V，根據(jù)式（2-7），在額定荷重時(shí)的輸出電壓Uom=KFUi=2mV/V×12V=24mV2）在額定荷重時(shí)要得到5V的輸出電壓，放大器的放大倍數(shù)A=5000mV/24mV=208.33）若傳感器的分度數(shù)為3000，放大后輸出電壓的分辨力和輸出電壓的漂移要小于ΔUo=5000mV/3000=1.67mV4）測(cè)得橋路的輸出電壓為8mV，被測(cè)荷重5）當(dāng)承載為10kg時(shí)，傳感器的輸出電壓提問：根據(jù)以上計(jì)算可以得出什么結(jié)論？【荷重傳感器參數(shù)填表訓(xùn)練】荷重傳感器外形如圖2-13所示，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹闃?biāo)準(zhǔn)值，請(qǐng)?zhí)顚懴卤?。橋路電壓Uo/V靈敏度KF/mVV-1滿量程輸出電壓Uo/mV最大量程Fm/kN荷重F/kN荷重F/kg輸出電壓Uo/mV1240.10.01122112241.02241221001002421001024210040任務(wù)二汽車衡的分類與選型一、汽車衡的結(jié)構(gòu)提問：1.汽車衡的英文縮寫是什么？（SCS）2.汽車衡由哪幾部分組成？（秤臺(tái)、限位裝置、稱重傳感器、接線盒、測(cè)量裝置、顯示器、計(jì)算機(jī)等組成）圖2-16汽車衡的基本結(jié)構(gòu)二、汽車衡的分類提問：汽車衡可分為哪幾類？（地中衡和地上衡、靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式、模擬式、數(shù)字式、柱式、橋式、輪輻式、彎板式、全鋼結(jié)構(gòu)式和鋼結(jié)構(gòu)混凝土式、無基坑可移動(dòng)式、淺基坑式、深基坑地中衡、便攜式等、整車式、軸重式、無人值守式、有人值守自動(dòng)汽車衡、非防爆型和本安型、重型高頻次汽車衡、中型汽車衡、低頻次汽車衡按準(zhǔn)確度e分，從低到高，有50~200000e等）三、靜態(tài)汽車衡的基本工作原理圖2-216路數(shù)字化汽車衡原理框圖圖2-22數(shù)字式汽車衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提問：電子汽車衡的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段的變革，是先有“數(shù)字化汽車衡”還是先有“數(shù)字式汽車衡”？為什么？圖2-23無人值守汽車衡系統(tǒng)示意圖提問：1.如果汽車前輪進(jìn)入無人值守汽車衡的秤臺(tái)面，但不想讓后輪進(jìn)入，就停住了，這樣的稱量結(jié)果就偏小了，如何防止這種作弊方式呢？2.如果司機(jī)下車，汽車就減輕75kg，，如何防止這種作弊方式呢？3.如果空車的時(shí)候駕駛室坐了4個(gè)人，然后裝載貨物后，駕駛室只剩下1個(gè)人，如何防止這種作弊方式呢？4.如果黃梅天，無人值守的紅外對(duì)射系統(tǒng)結(jié)霧，測(cè)不到汽車進(jìn)入，要怎么辦呢？圖2-25彎板式動(dòng)態(tài)軸重衡工作原理示意圖a）彎板式動(dòng)態(tài)軸重衡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)b）彎板式軸重衡的輸出特性1－鋼框架2－緊固壓塊3－緊固螺栓4－鋼底板5－受力高強(qiáng)度鋼彎板6－應(yīng)變計(jì)（共8片）7－汽車輪胎受力點(diǎn)（彎曲變形點(diǎn)）8－絕緣密封膠提問：汽車緩慢通過彎板式動(dòng)態(tài)軸汽車衡與高速通過時(shí)，那種情況的稱量數(shù)據(jù)偏?。繛槭裁?？五、汽車衡規(guī)格及主要技術(shù)指標(biāo)汽車衡的型號(hào)規(guī)格表示方法如圖2-27所示。圖2-27汽車衡的型號(hào)規(guī)格表示方法提問：SCS-120-Ⅲ是什么意思？（注：Ⅲ級(jí)類同于C級(jí)）常規(guī)汽車衡的主要技術(shù)指標(biāo)1）準(zhǔn)確度等級(jí)：共6級(jí)。2）最大稱量Max：10~200t。3）最小稱量Min：5~50kg。4）傳感器內(nèi)碼：10000~100000。5）分度數(shù)n：100~50000。6）檢定分度值e：5~50kg。7）秤臺(tái)寬度W：3~4m。8）秤臺(tái)長(zhǎng)度L：7~24m。9）承載器強(qiáng)度安全系數(shù)≥2。10）工作電源：AC220V（-15%~+10%），50Hz，或DC12V/24V蓄電池（-10%+20%）。11）工作環(huán)境：濕度≤85%RH，溫度為-10~+40℃圖2-28與載荷有關(guān)的一些重要概念之間的關(guān)系提問：“最大靜態(tài)載荷”、“最大靜態(tài)載荷”及“最大極限載荷”哪個(gè)數(shù)值最大？哪個(gè)最?。勘?-6稱量整車總重量的最大引用誤差準(zhǔn)確度等級(jí)動(dòng)態(tài)汽車衡車輛的允許最大絕對(duì)誤差首次檢定使用中檢驗(yàn)0.2級(jí)±0.1%±0.2%0.5級(jí)±0.25%±0.5%1級(jí)±0.5%±1.0%2級(jí)±1.0%±2.0%5級(jí)±2.5%±5.0%10級(jí)±5.0%±10.0%提問：1.同樣量程的“0.2級(jí)”與“0.5級(jí)”的設(shè)備哪個(gè)較貴？2.“首次檢定”與“使用中檢定”，哪個(gè)要求較高（不容易通過）？表2-7稱量單軸或軸組重量的汽車衡準(zhǔn)確度等級(jí)與分度數(shù)的關(guān)系準(zhǔn)確度等級(jí)A級(jí)B級(jí)C級(jí)D級(jí)分度數(shù)下限500005000500100分度數(shù)上限不限100000100001000表2-9汽車衡靜態(tài)試驗(yàn)的允許最大絕對(duì)誤差用檢定分度值e表示的載荷m汽車衡的允許最大絕對(duì)誤差A(yù)BCD首次檢定使用中檢驗(yàn)0≤m①≤500000≤m≤50000≤m≤5000≤m≤50±0.5e±1.0e50000<m≤2000005000<m≤20000500<m≤200050<m≤200±1.0e±2.0e200000<m20000<m≤1000002000<m≤10000200<m≤1000±1.5e±3.0e①用檢定分度值e表示載荷m，以下同。提問：R60《稱重傳感器》國(guó)際建議將稱量單軸或軸組重量的汽車衡準(zhǔn)確度劃分為6個(gè)等級(jí)：A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)、E級(jí)、F級(jí)，哪一級(jí)要求較高？表2-10SCS-6