1、傳感器測(cè)量原理(1),本章學(xué)習(xí)要求：,1.掌握電阻式傳感器的工作原理 2.了解電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)、分類 3.了解電阻傳感器的測(cè)量電路 4.了解電阻傳感器的應(yīng)用,工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ),第二講 傳感器測(cè)量原理（1）,2.1 概述,1. 傳感器定義,傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。,目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。,敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。,轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。,基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路）

2、，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。,傳感器的組成,敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。,彈性敏感元件（彈簧管）,彈簧管(布爾登管）將壓力轉(zhuǎn)換為角位移,P418,最簡(jiǎn)單的傳感器由一個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒(méi)有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊m是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過(guò)若干次轉(zhuǎn)換。,由于空間的限制或者其他原因,轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。然而，因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號(hào)，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。,實(shí)

3、際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。,本課中，傳感器泛指將一個(gè)被測(cè)物理量按照一定的物理規(guī)律轉(zhuǎn)換為另一物理量的裝置，著重研究裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換規(guī)律，并不嚴(yán)格區(qū)分其是一個(gè)敏感元件還是一個(gè)傳感器。,2、按傳感器的工作機(jī)理，分為結(jié)構(gòu)型與物性型,1、按照被測(cè)物理量，分為位移、壓力、振動(dòng)、溫度傳感器等，表明傳感器的用途,傳感器的分類,結(jié)構(gòu)型傳感器：依賴結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換 場(chǎng)定律,2)物性型傳感器：依賴敏感元件的物理特性的變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換 物質(zhì)定律,3、按傳感器使用電源與否：分為有源傳感器和無(wú)源傳感器；按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型

4、傳感器,4、按照工作原理分類：十大類,電阻式 電感式 磁電式 壓電式 電容式,光電式 熱電式 陀螺式 機(jī)械式 流體式,5、按傳感器輸出信號(hào)，分為開(kāi)關(guān)型、模擬型和數(shù)字型,P163 表4.1 常用傳感器類型及作用原理,2.2 電阻式傳感器,電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,第二講 傳感器測(cè)量原理（1）,3個(gè)參數(shù)中的1個(gè)或數(shù)個(gè)發(fā)生變化，電阻R就變化！,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、壓阻式.,（一）變阻器式傳感器的構(gòu)造與原理 1.機(jī)械結(jié)構(gòu) 2.物理模型 3.數(shù)學(xué)模型,一、 變阻器式傳感器（電位器式傳感器）,變阻式傳感器,等效電路分析:,l 電位計(jì)電阻元件長(zhǎng);

5、 x 電刷移動(dòng)量. R 總電阻; Rx電刷電阻;,l,x,=,R,Rx,=,Ui,Uo,變阻式傳感器,電位計(jì),電位計(jì)空載輸出電壓,當(dāng)電位計(jì)結(jié)構(gòu)及電源電壓確定后，理想線性電位計(jì)KR和KU為常數(shù)，因此線性電位計(jì)輸出電壓與電刷位移（或轉(zhuǎn)角）成呈線性關(guān)系。,動(dòng)手做一做,如何變成傳感器? 一個(gè)具體的工程實(shí)例: 請(qǐng)將電位器接入實(shí)際身高測(cè)量應(yīng)用中.,1.結(jié)構(gòu)誤差 階梯特性與階梯誤差,（二）工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題,階梯誤差是一種原理誤差，它限制了電位計(jì)的精度和分辯力。,2.負(fù)載特性 負(fù)載特性與負(fù)載誤差,若使非線性誤差(1020) R,m為電位計(jì)的負(fù)載系數(shù),（三）產(chǎn)品及應(yīng)用,某些電刷結(jié)構(gòu),由于測(cè)量領(lǐng)域的不同，電位

6、器結(jié)構(gòu)及材料選擇有所不同。但是其基本結(jié)構(gòu)是相近的。電位器通常都是由骨架、電阻元件及活動(dòng)電刷組成。常用的線繞式電位器的電阻元件由金屬電阻絲繞成。,按制作方式：,線繞電位器,線繞電位器,薄膜電位器,(四) 變阻器式傳感器的性能參數(shù): 1)線性(或曲線的一致性); 4)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍; 2)分辨率; 5)電阻溫度系數(shù); 3)整個(gè)電阻值的偏差; 6)壽命,(3)變阻器式傳感器的分類,按測(cè)量類型：,單圈電位器,多圈電位器,直線滑動(dòng)式電位器,特點(diǎn)及應(yīng)用,優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,輸出信號(hào)大,受外界條件影響小等優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)差,精度差,分辨率低,YCO-l50型壓力傳感器原理圖,膜盒電位器式壓力傳

7、感器原理圖,電位器式加速度傳感器示意圖,電位計(jì)的技術(shù)指標(biāo),應(yīng)用 常用來(lái)測(cè)位移,壓力,加速度. 問(wèn)題: 前述的測(cè)身高裝置如何改為測(cè)體重裝置?,案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)-配料設(shè)備,原理：彈簧-力-位移 -電位器-電阻,案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè),原理：鋼絲-收線圈數(shù) -電位器 -電阻,案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ）,原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角 -電位器 -電阻,變阻器式傳感器產(chǎn)品,2 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)生變化象。,拉,壓,1) 工作原理,上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化,求

8、導(dǎo)數(shù),金屬應(yīng)變片的電阻R為,代入,有：,金屬絲：,金屬絲體積不變：,電阻絲軸向變形,電阻絲材料的泊松比,有：,其中,與電阻絲軸向正應(yīng)力有關(guān)，為壓阻系數(shù)，E為彈性模量,由電阻絲幾何尺寸變化引起,由電阻絲電阻率隨應(yīng)變的改變而引起,對(duì)金屬材料， 近似看作導(dǎo)電率不變：,金屬絲應(yīng)變片：,電阻變化與應(yīng)變成正比，電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)定義：,Sg的范圍在（ 1.74.0）,應(yīng)變計(jì),金屬應(yīng)變計(jì),半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì),優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大;體積小; 缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。,半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度,3) 應(yīng)變片的主要參數(shù),4）其它表示應(yīng)變計(jì)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）。,1

9、）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用 bL表示。,2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 (60,90,120,300,500,1000),3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。,4) 應(yīng)變片的誤差及補(bǔ)償,影響應(yīng)變片精度的主要因素是溫度 電阻值隨溫度的變化而改變； 應(yīng)變片與襯底材料的熱膨脹系數(shù)不一樣。 應(yīng)變片測(cè)量的另一誤差來(lái)自應(yīng)變片的大小和測(cè)點(diǎn)的位置,（2） 溫度補(bǔ)償（自補(bǔ)償法和線路補(bǔ)償法） 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片 每一種材料的被測(cè)試件，其線膨脹系數(shù)都為確定值,選擇應(yīng)變片敏感柵材料，使其電阻溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)滿足一定條件，可實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。 雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片 兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種

10、為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，兩段敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號(hào)相反。 電路補(bǔ)償法, 電路補(bǔ)償法 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為 式中A由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。,USC,R2,R4,R1,R3,U,橋路補(bǔ)償法,由上式可知，當(dāng)R3、R4為常數(shù)時(shí)，Rl和R2對(duì)輸出電壓的作用方向相反。利用這個(gè)基本特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償，并且補(bǔ)償效果較好，這是最常用的補(bǔ)償方法之一。,測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測(cè)試件的表面，圖中R1稱為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，圖中R2，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片。在工作過(guò)程中補(bǔ)償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。由于

11、R1與R2接入電橋相鄰臂上，造成R1t與R2t相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓USC與溫度無(wú)關(guān)。當(dāng)工作應(yīng)變片感受應(yīng)變時(shí)，電橋?qū)a(chǎn)生相應(yīng)輸出電壓。,當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零，即 上式中可以選擇R1=R2=R及R3=R4=R。 當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若R1t=R2t，即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，可知電橋的輸出電壓為零。 若有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變。 電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)。,根據(jù)被測(cè)試件承受應(yīng)變的情況，可以不另加專門(mén)的補(bǔ)償塊，而是將補(bǔ)償片貼在被測(cè)試件上，這樣既能起到溫度補(bǔ)償作用，又能提高輸出的靈敏度

12、，如圖所示的貼法。,圖(a)為一個(gè)梁受彎曲應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的變形方向相反，上面受拉，下面受壓，應(yīng)變絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，將它們接入電橋的相鄰臂后，可使輸出電壓增加一倍。當(dāng)溫度變化時(shí)，應(yīng)變片R1和R2的阻值變化的符號(hào)相同，大小相等，電橋不產(chǎn)生輸出，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康摹?構(gòu)件受彎曲應(yīng)力,構(gòu)件受單向應(yīng)力,(b)圖是受單向應(yīng)力的構(gòu)件，將工作應(yīng)變片R2的軸線順著應(yīng)變方向，補(bǔ)償應(yīng)變片R1的軸線和應(yīng)變方向垂直，R1和R2接入電橋相鄰臂，其輸出為,電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù),1.目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕.斷絲等 缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。,2.用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大 小。同一電橋中各應(yīng)變片之間

13、阻值 相差不得大于0.5歐姆.,3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。,4.應(yīng)變片粘貼:在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。,5.焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。,6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng) 大于500M歐。,7.應(yīng)變片保護(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止 受潮。,應(yīng)變片的粘貼： 1. 去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細(xì)紗布交叉打磨出細(xì)紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。,2.貼片：在應(yīng)變片的表面和處理過(guò)的粘貼表面上，各涂一層

14、均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應(yīng)變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡 。,3.測(cè)量 ：從分開(kāi)的端子處，預(yù)先用萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應(yīng)變片。,4.焊接： 將引線和端子用烙鐵焊接起來(lái)，注意不要把端子扯斷。,5.固定： 焊接后用膠布將引線和被測(cè)對(duì)象固定在一起，防止損壞引線和應(yīng)變片。,3) 應(yīng)變片測(cè)量電路,令：,金屬絲應(yīng)變片：,USC與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變,R2,R3,R1,R4,U0,電橋線路原理圖,Rg,a,c,d,Ig,b,USC,I1,I2,電橋平衡公式：,設(shè)R1為應(yīng)變片的阻值，工作時(shí)R1有一增量R，當(dāng)為拉伸應(yīng)變時(shí)，R為正

15、；壓縮應(yīng)變時(shí)，R為負(fù)。在上式中以R1+R代替R1，則,設(shè)電橋各臂均有相應(yīng)的電阻增量R1，R2，R3，R4時(shí),在實(shí)際使用時(shí)，一般多采用等臂電橋或?qū)ΨQ電橋。,1、等臂電橋 當(dāng)R1=R2=R3=R4=R時(shí)，稱為等臂電橋。 此時(shí)電橋輸出可寫(xiě)為 一般情況下，Ri（i=1，2，3，4）很小，即RRi，略去上式中的高階微量，并利用 式得到,當(dāng)RiR時(shí)，輸出電壓與應(yīng)變呈線性關(guān)系。 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同時(shí)，輸出電壓為兩者之和。 若相對(duì)兩橋臂應(yīng)變的極性一致時(shí)，輸出電壓為兩者之和；相對(duì)橋臂的應(yīng)變極性相反時(shí)，輸出電壓為兩者之差。 利用上述特點(diǎn)可

16、進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高測(cè)量的靈敏度。,當(dāng)僅橋臂ab單臂工作時(shí)，輸出電壓為 由前兩式可知，當(dāng)假定RR時(shí)，輸出電壓Ug與應(yīng)變間呈線性關(guān)系。若假定不成立，則按線性關(guān)系刻度的儀表用來(lái)測(cè)量必然帶來(lái)非線性誤差。,2、第一對(duì)稱電橋 若電橋橋臂兩兩相等，即R1=R2=R，R3=R4=R，則稱它為第一對(duì)稱電橋，其實(shí)質(zhì)上是半等臂電橋。設(shè)R1有一增量R，電橋的輸出電壓為,半橋 1)相鄰臂,a)相鄰臂：補(bǔ)償應(yīng)變片,b)相鄰臂：極性相反應(yīng)變片,半橋 2)相對(duì)臂,全橋,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式傳感器，由于彈性元件上粘貼的應(yīng)變片數(shù)量和方式不同，構(gòu)成等臂電橋時(shí)，在相同載荷下電橋輸出電壓大小不一樣。,橋臂系數(shù)決定了電橋的輸出靈敏度,電橋

17、的非線性誤差,四、應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用,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。,電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力,1、柱力式傳感器 圓柱式力傳感器的彈性元件分為實(shí)心和空心兩種。,在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片，后者取符號(hào)相反

18、的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成了差動(dòng)對(duì)。由于應(yīng)變片沿圓周方向分布，所以非軸向載荷分量被補(bǔ)償，在與軸線任意夾角的方向，其應(yīng)變?yōu)?：,1沿軸向的應(yīng)變；彈性元件的泊松比。,當(dāng)=0時(shí),當(dāng)=90時(shí),E：彈性元件的楊氏模量,2、梁力式傳感器 等強(qiáng)度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁。梁的固定端寬度為b0，自由端寬度為b，梁長(zhǎng)為L(zhǎng)，粱厚為h。,L,R1,R3,R2,R4,x,F,h,b,等強(qiáng)度梁彈性元件,b0,R4,力F作用于梁端三角形頂點(diǎn)上，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應(yīng)力相等，故在對(duì)L方向上粘貼應(yīng)變片位置要求不嚴(yán)。 橫截面梁 雙空梁 S形彈性元件,（b）,（a）,應(yīng)變式壓力傳感器,3、 應(yīng)變式壓力傳感器 測(cè)量氣體或液體壓力的薄

19、板式傳感器，如圖所示。當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時(shí)，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形，并改變阻值。這時(shí)測(cè)量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。,圓形薄板固定形式：采用嵌固形式，如圖（a）或與傳感器外殼作成一體，如圖 (b)。,應(yīng)變片,4、應(yīng)變式加速度傳感器 由端部固定并帶有慣性質(zhì)量塊m的懸臂梁及貼在梁根部的應(yīng)變片、基座及外殼等組成。是一種慣性式傳感器。 測(cè)量時(shí)，根據(jù)所測(cè)振動(dòng)體加速度的方向，把傳感器固定在被測(cè)部位。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)的加速度沿圖中箭頭所示方向,L,應(yīng)變片,質(zhì)量塊m,彈簧片,外殼,基座,a,應(yīng)變式加速度傳感器,時(shí)，固定在被測(cè)部位。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)的加速度沿圖中箭頭所示方向時(shí)，懸臂梁

20、自由端受慣性力F=ma的作用，質(zhì)量塊向箭頭a相反的方向相對(duì)于基座運(yùn)動(dòng)，使梁發(fā)生彎曲變形，應(yīng)變片電阻也發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出信號(hào)，輸出信號(hào)大小與加速度成正比。,六、應(yīng)變式傳感器舉例,（一）應(yīng)變式力傳感器,1. 柱（筒）式力傳感器 圖 所示為柱式、筒式力傳感器, 貼片在圓柱面上的位置及在橋路中的連接如圖 （c）、（d）所示。 縱向和橫向各貼四片應(yīng)變片，縱向?qū)ΨQ的R1和R3串接, R2和R4串接, 橫向的R5和R7串接, R6和R8串接,并置于橋路對(duì)臂上以減小偏心載荷及彎矩的影響, 橫向貼片作溫度補(bǔ)償用。 橋路輸出電壓,2. 薄壁圓環(huán)式力傳感器 所示為環(huán)式力傳感器結(jié)構(gòu)圖及應(yīng)力分布圖。A處應(yīng)力為負(fù)，B處為

21、正。對(duì)R/h5的小曲率圓環(huán),A、 B兩點(diǎn)處的應(yīng)變?yōu)?h圓環(huán)厚度; b圓環(huán)寬度; E材料彈性模量。 若A處內(nèi)外環(huán)對(duì)稱貼兩片應(yīng)變片，B處受拉或壓應(yīng)力將應(yīng)變片接于電橋電路。 輸出電壓為,3梁式力傳感器,4輪輻式力傳感器,（二） 應(yīng)變式壓力傳感器 1. 膜片式壓力傳感器, 應(yīng)變片貼在膜片內(nèi)壁, 在壓力p作用下, 距離圓心x處膜片產(chǎn)生徑向應(yīng)變r(jià)和切向應(yīng)變t, 表達(dá)式分別為:,p膜片上均勻分布的壓力; R, h膜片的半徑和厚度; x離圓心的徑向距離。,膜片彈性元件承受壓力p時(shí), 其應(yīng)變變化曲線的特點(diǎn)為:,在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個(gè)應(yīng)變片, 在邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個(gè)應(yīng)變片, 然后接成全橋測(cè)

22、量電路。輸出電壓為：,2筒式壓力傳感器,3組合式壓力傳感器,（三） 應(yīng)變式加速度傳感器,測(cè)量時(shí), 將傳感器殼體與被測(cè)對(duì)象剛性連接。,應(yīng)變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動(dòng)和沖擊, 一般適用頻率為1060Hz范圍。,案例：橋梁固有頻率測(cè)量,標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,案例：電子稱,原理 將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。,案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè),案例：機(jī)器人握力測(cè)量,案例：振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器,適合于金庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。,應(yīng)變式力傳感器,應(yīng)變式力傳感器,F,F,F,F,各種懸臂梁,各種懸臂梁,F,F,固定點(diǎn),固定點(diǎn),電纜,應(yīng)變片

23、在懸臂梁上的粘貼及變形,應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置,F,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。,汽車(chē)衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 ）,汽車(chē)衡稱重系統(tǒng),荷重傳感器計(jì)算公式,當(dāng)KF 為常數(shù)時(shí)，橋路所加的激勵(lì)源電壓Ui 越高，滿量程輸出電壓Uom也越高。,思考：綜合考慮靈敏度與功耗發(fā)熱， Ui 的取值范圍多少為好？,荷重傳感器應(yīng)用估算,例2-2 現(xiàn)用荷重傳感器稱重。當(dāng)橋路電壓為6V時(shí)，測(cè)得橋路的輸出電壓為24mV，求被測(cè)荷重為多少噸? 解: 從荷重傳感器銘牌上得到F m=100103N

24、，KF= 2mV/V，根據(jù)式（2-5）得Uom=24mV。被測(cè)荷重,荷重傳感器應(yīng)用估算,在上面介紹過(guò)的汽車(chē)衡示意圖中，共使用了4個(gè)荷重傳感器，量程Fm =20t， 靈敏度KF =2.5mV/V，使用4個(gè)獨(dú)立的橋路電源，每一個(gè)電源電壓均相等， Ui =12V，四個(gè)荷重傳感器的輸出串聯(lián)，總的輸出電壓Uo =24mV， 請(qǐng)估算汽車(chē)的質(zhì)量。 汽車(chē)在鋼板上有少許的前、后、左、右偏位，是否會(huì)影響測(cè)量結(jié)果？為什么？,荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重,荷重傳感器 （共 3個(gè)，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個(gè)未拍出）,底座,墊塊,電纜,電子秤,磅秤,超市打印秤,遠(yuǎn)距離顯示,電子天平,電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一,人體秤,吊鉤秤,便攜式,應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手,可用于汽車(chē)、摩托車(chē)、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