1、項目一：電子稱的設計與制作,技能訓練目標要求:1.了解傳感器的作用與工程應用情況2.了解傳感器的分類3.了解應變片的原理與用途4.學會應變測量電路的設計與制作5.掌握電橋測量電路的制作要領,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.1傳感器基礎知識1.1.1概述,1.定義傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉換成可用信號的機械電子裝置。如下圖所示:,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,2.傳感器的組成,傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信

2、號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。如下圖的溫度電阻。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,3.傳感器的分類,1)按被測物理量分類,常見的被測物理量,機械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉角,轉數(shù),質量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風速,流速,流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場.溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,機械式,電氣式,光學式，流體式等。,2)按工作原理分類:,切削力測量應變片動圈式磁電傳感器,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,能量轉換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.例如:熱電偶溫度計,壓電式

3、加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應變片.,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,4)按敏感元件與被測對象之間的能量關系:,物性型：依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來實現(xiàn)信號變換。如:水銀溫度計。結構型：依靠傳感器結構參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉變。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,5.傳感器的命名由主題詞加四級修飾語構成。主題詞傳感器；第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定語；第二級修飾語轉換原理，一般可后續(xù)以“式”字；第三級修飾語特征描述，指必須強調的傳感器結構、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字

4、；第四級修飾語主要技術指標（量程、精確度、靈敏度等）。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.1.2傳感器的主要特性參數(shù)1.靈敏度靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值。它是輸入與輸出特性曲線的斜率，如右圖所示，可表示為：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,2.分辨率分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量最小變化值的能力。輸入量從某個任意值緩慢增加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時的輸入量就是分辨率?？梢杂媒^對值，也可以用量程的百分數(shù)來表示。靈敏度愈高，分辨率愈好。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,3.線性度與非線性誤

5、差線性度是用實測的檢測系統(tǒng)輸入輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來表示的，如下圖所示。線性度可用非線性誤差來表示，計算式為：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,4.遲滯遲滯特性表明檢測系統(tǒng)在正向和反向行程期間，輸入輸出特性曲線不一致的程度。如右下圖所示。通過實驗，找出輸出量的這種最大差值，并以滿量程輸出YFS的百分數(shù)表示，如下式：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.2檢測系統(tǒng)的基本組成一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成。檢測系統(tǒng)的組成框圖如下：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.3相對誤

6、差相對誤差是儀表指示值的絕對誤差與被測量真值x0的比值，常用百分數(shù)表示，即相對誤差比絕對誤差能更好地說明測量的精確程度。在上面的例子中:,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值，通常以百分數(shù)表示。引用誤差如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕對誤差最大值m代替，則可得到最大引用誤差r0m。,對一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用誤差就是一個定值。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.4電阻應變應變片,電阻應變片基于金屬導體的應變效應，即阻值隨機械變形的變化而發(fā)生變。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1)工作原理,上述任何

7、一個參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導數(shù),金屬應變片的電阻R為,代入,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,有：,金屬絲：,金屬絲體積不變：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,有：,對金屬材料，導電率不變：,金屬絲應變片：,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,應變計,金屬應變計,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,半導體應變計,簡化為：,優(yōu)點：靈敏度大;體積小;缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,3)應變片的主要參數(shù),其它表示應變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。,幾何

8、參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用bL表示。,電阻值：應變計的原始電阻值。,靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,4)應變片測量電路,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,5)應用：測力,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,6)標準產品,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,7)案例：橋梁固有頻率測量,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,案例：電子稱,原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,1.5電子稱的制作1、原理如圖所示，采用E35

9、0ZAA箔式應變片，其常態(tài)阻值為350。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,2、元件選擇1）IC1選用ICL7126集成塊；IC2、IC3選用高精度低溫標精密運放OP-07；IC4選用LM3851.2V。2）傳感器RI選用E350ZAA箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為350。3）各電阻元件宜選用精密金屬膜電阻。4）RPI選用精密多圈電位器，RP2、RP3經(jīng)調試后可分別用精密金屬膜電阻代替。5）電容中C1選用云母電容或瓷介電容。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,3、制作1）電子線路的制作元件布置：橫平豎直，間距適當；錫焊：控制焊點大小，注意虛焊；2）變形鋼件的制作可用普通鋼

10、鋸條制作，先將鋸齒磨平，再將鋸條加熱彎成“U”形，并在對應位置鉆孔，以裝顯示部件。然后再進行淬火和表面處理，秤鉤粘于鋼件底部。應變片用應變膠粘劑粘接于鋼件變形最大的部位。,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,4、調試1）在秤體自然下垂無負載時調RP1，顯示為零；2）再調整RP2，使秤體承擔滿量程2千克時顯示滿量程值；3）然后在秤鉤下懸掛1千克的標準砝碼，觀察顯示器是否顯示1.000，如有偏差，可調整RP3值，使之準確顯示1.000；4）重新進行2、3步驟，使之均滿足要求為止；5）準確測量RP2、RP3值，用固定精密電阻代替；,湖州職業(yè)技術學院機電工程分院傳感器與檢測技術,思考題l.檢測系統(tǒng)由哪幾部分組