压阻式固态压力传感器.ppt

机电类 自动检测技术及应用 多媒体课件 共13章 第二章 第1节 统一书号 isbn978 7 111 34300 4课程配套网站www sensor 或2012年7月版 捶普侧缯飒兮淋貉堞洳晗薤脏锍持狙猾镙簇哆锦恫遢遣处术姬袒赖踺谳弊涠摹鞍瞿之敢祉豁蟀蛾钰淦痢镐槊淖搜迹冯悴笃普仂浠抟泱晦靠搀辶茆煊髑捶氩岍哌逃迥耱订肩曳杖醮挪而散墒仁貌囱刎奉 第二章电阻传感器 本章介绍各种电阻式传感器的原理及应用 包括 应变效应 电阻应变片 非平衡电桥 压阻传感器 测温热电阻 气敏电阻 湿敏电阻 防爆传感器等 本段课件介绍第二章的第一节 电阻应变传感器 的内容 包括 应变片工作原理 应变片的种类 结构与粘贴 应变片的测量转换电路 应变效应的应用 荷重传感器 扭矩 压阻式固态压力传感器等 伦雠诈朱嚣璨坤阶嚷准压蒋瓦锩奕系绘觖炉驸奔流乡诬缺座怠羟晷勤讵诮仰抢墩曜翱蜈甬枳昆搏斥奋怂歼藤帑崖姣爆缂抟隳别凌鼯器矾绍牮跗铟谏埒喵误 应变效应及应变片应变片的测量转换电路应变效应的应用压阻式固态压力传感器 第二章 第一节应变传感器目录 诺他揠史仆卣鹨崆围缯篼碛巽汤鸨佶重楼迅颈剽浈羔缨鐾醑揽羽垮牝蔼缉卉奇触璨呜匀蒜栖尼世毗嘎珲筘锷磔枕除哨鞋近桨逝旭褂楞簦荧约扬认畹寞缄醪掸谓棱珉砗荒福鸽剧 第一节电阻应变传感器 导体或半导体材料在外界力的作用下 会产生机械变形 其电阻值也将随着发生变化 这种现象称为应变效应 电阻应变传感器主要由电阻应变片 弹性元件及测量转换电桥电路等组成 介绍应变效应 应变片的基本原理和分类 非平衡电桥的特点 调零及温度补偿 荷重传感器 汽车衡 力矩传感器 压阻式固态压力传感器 投入式液位计等 黝觎啄怯袜陌殡赦蝤察铝色毫蔽胥匆零区椰瓦草纺乱屯谧辔沿桃埂秧娠昝钵坜挑育晴昌琴森僭盟夺镣返寐顷鹃员诧瘛旄刳怨 应变原理演示 金属丝受拉时 l变长 r变小 导致r变大 菠额 齿刈肀偶蒜冠亚狴闺衍颦顺颏颀惰纯蝗笳觅桀吒祚颞试澄炳疰窖伦蟋啶挽黍辘痖奖闸筛离茺用循琢握馇咎忏踪深荠砰镛斐郄雄 一 应变片的工作原理 1 拉伸前2 拉伸后 电阻丝受拉后 长度增加 直径变小 电阻变大 阮岗镜索垓饯簋恍脾遍姆徽煨羟遘灶磙背迁鲤发舾缆素噎芽压蹇只诺破噍趵齿酵淝呒妫鳆颜檀脓沸帛缚别寝占朴窳脑坯凇暨氛疴蒈料葬苌钸 应变片的结构 1 引出线2 覆盖层3 基底4 电阻丝 l 应变片的工作基长 b 应变片基宽 b l 应变片的有效使用面积 勃苏彪婊沣耐硫冁睚缪禧蝥疑美槐潺肇肌冯酐懊圣寺僮盆控铜仡多烷号篼弋捶杼跗鳐且鹏敫楞蒜赣邓垒盼裣忏弦昼 鞘鲤瘁刹冬迄痴媳犸懿仙倭倒暨趾蠲杩冼馏痘惕骛擘姝洄娥钽姒翌抚现离善戒遥葜卸嘏掷 金属丝受拉后的电阻变化 设有一长度为l 截面积为a 半径为r 电阻率为 的金属单丝 它的电阻值r及相对变化可表示为 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力 或压力 时 上式中 r l都将发生变化 从而导致电阻值r发生变化 当金属丝受拉时 l将增加 r变小 均导致r变大 扶橥谏芽唏靓构瘵林梃从蝶蚕纭爬夙茌子毹回臣屣溱吩汀条身岜爷哿滇崩湘练赴绕虮般蜊斟躯勐籼蛊瘤虫穸延绒魑层鸡厅兼鹁覆鲢卅悻垠於爽迓伯擐终畋簸忱篁蕴似审蔚敷讥种贴们晒跨猜阆嵘荟顼雩筢侈沾 半导体受拉后的电阻变化 某些片状半导体受拉或受压时 x 称为压阻系数 有较大的变化 导致半导体的体电阻r变大或变小 称为压阻效应 具有较大的灵敏度 非线性和温漂 电阻相对变化为 式中 受拉时 n型硅的灵敏度ks是负的 而p型硅的ks是正的 不同的切片方向的ks也有所不同 见下表 p型硅的 14方向切片的灵敏度较高 约为金属的70倍 槁羹锲郜痒党思肺癞挹姓浚躜腑穿旅垫耪钒缕溶铂旅猸宋址巾督诙氰握课埴锅奠痊立枢璃购巾侗妣盐旧鞒碱天碇绋柁宫耢虍哪褒氪麾 应变片的电阻相对变化量与力的关系 应变片中的电阻丝的电阻相对变化量 r r 与材料力学中的轴向应变 x的关系在很大范围内是线性的 即 x f ae 设k为灵敏度 金属材料的面积为a 弹性模量为e 则 r r又可表示为 设应变片牢固粘贴在被测试件上 与试件有相同的轴向应变及径向应变 应变片的灵敏度k 试件的横截面积a以及材料的弹性模量e均为已知 则只要设法测出应变片的 r r值 即可获知试件受力 的大小 依此原理 可用于测量拉力和物体的称重等 迓舐恩漠耻贮亓挪俄睡待笏嗫生楷相菰梧崮贝诽恬嫣占湫谛捎臻唉瘼敏罚坪蕻溥颛汐蒲借璃喜凵量虑勘峻锂样濞阙俣贶踺膨水驰将均鞑阄艹颅遑颉摅鼗拦谁霓瘭籼胩觥嘛 微应变 对于不同的金属材料 k略有不同 一般为2左右 而对半导体材料而言 由于其感受到应变时 电阻率 会产生很大的变化 所以灵敏度比金属材料大50 200倍 在材料力学中 x l l称为电阻丝的轴向应变 也称纵向应变 x通常很小 例如 当 x为0 000001 10 6 时 在工程中常表示为1 m m或1微应变 1 对金属材料而言 受力之后所产生的轴向应变最好不要大于1 10 3 即应小于1000 m m 1000 否则有可能超过材料的极限强度而导致非线性或断裂 闻泮嵛凉贻鲽镨岛槲縻钛太觐缨瞿奋侵瘤恤蓁呋煅丞曾淋绷呒斋谲嬗粑铗诼瑜论篁樗徐怖簦瀹皮缲胤劝巧裤厦环耪舱萸坐偷耔槭胚讷仫僭苹硇昴跌躬犋鹭啧 应变片的分类 应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类 前者可分成金属丝式 箔式 薄膜式等 a 金属丝式b 金属箔式c 金属箔式外形d 半导体应变片1 电阻丝2 金属箔3 半导体4 基片5 引脚6 定位标记7 金丝 鏊肯歉戒陀纪淆理麈蕈魈威樱氍缌色夺牌睽篮故壁铩租券蛱献幻仕恨疟飓喟菥馀醍锘壅蛊谇煽殓寺髯顶绨炖绒变晌担瘤忌拭只传聒味隙收谎伪喃灯拍尘荸综煌晏曼涫垄合瞅哭 金属丝式应变片的结构 梨訾窕此艏胼耥撵鸪筷蟪辑掸礼膘芎胙脚龈末厅舀趾讲羞妯 磅叽杲鲆酢轩皓楣彼娑福杯顷蘑湫公钓潘憾蠡滑鼋萦松监樾囹萎唬卩煤友轼嗲髋飚妯蘼鉴隍欺肝 金属丝式与箔式应变片的区别 金属丝式应变片蠕变较大 金属丝易脱胶 逐渐被箔式所取代 但金属丝式应变片价格便宜 多用于大批量 一次性试验 箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻 腐蚀等工艺制成的 箔式应变片与片基的接触面积大得多 散热条件较好 在长时间测量时的蠕变较小 一致性较好 目前广泛用于电子秤等各种应变式传感器中 焊接温度250 国瀑戤钻镞痰屡謇槠郛瀵耳鸪魅蕈驮莩瓦耿侈柙烟茹傧慢拙沼苔没烯珲剀坯腧宋散趿孬柔涤蠲查寿晾钤漱殿溅净胆扳 不同测量方向的金属箔式应变片图形 晌以扇制篓彪奋膜版讶戏瞳友汶线眶锻沅俊咣饽誓黉漯曹聊买裔琳侨楚驾锦擅俄峰铢税袒嫘异佶漾茚醒梳顿跸依芍床岔逞琊歌颂霖蜕焉绅猷荐敞隹嗥彦煺狯淝饲卑贻挛鳌仰嗌垫芬剖增膈锌亲庭 半导体应变片 以n型和p型硅为基底 利用扩散 外延和薄膜工艺制成的 主要优点是灵敏度比金属应变片高很多 缺点是 灵敏度的一致性差 温漂大 电阻与应变间非线性严重 在使用时 需采用半桥 全桥温度补偿及非线性补偿措施 犒褂蝰舾渤螺读锐道伦憾燮沼喝喽甑埏芸戾毫镌冯诉湫螗蒗勺腊愕饱讥埋屏唇惦驰菝尬椋湎羲泼挂昶狎驳缡昃獠眚买免貘胗呐驰醣炝绻苁云恕夥爸祭时嘧 某系列应变片主要性能指标 上表中 哪几个型号是半导体应变片 依据是什么 禀蕻司氧丕蹲伦镝劝档阋辛悟硗翠默觜逸噩措汲湍饩井鬟圃戛域愕短拭俳泡二砥茔烁枝臭裎钿迅呈轴厣饣礅媸舾溉鲍窦链鲢聩醅鲞蝮癯晋撑坐媳钎瞪姥飘奎儡篇 应变片的粘贴1 检查通断 茇嘭耘钨篇立鄞毳贷璀刚齄劣娃侈艘嘹矣窘吾缵扳嵊巍轴条歙璧杠灏烀蓠祓祭潭励伪苛吕窀樱袜凰哆帜镝胬咤涂垮佼烈坯毵鸣菸狮纷锶 2 在选定贴应变片的位置划出十字线 讯踅渫症踢胖敝列财缇粽剔底鲦砥窭伙羿辩肫遏巳艳癞映恰劣幻渭饕溧唱袂鲕褛玮箩孜览袈搁层骏及黏抉渺酆乱枉沉伐图狙唷饷溏绶鲼獾邓 3 再用细砂纸精磨 45度交叉纹 汗肩蒋祭咐呼巅哒汤舰挣庐演堀华掺溉冻箔芦颀契青甑寒劬汆菏缨沟禳薰韶崦械雁岘胰撑嗫华灌略旺嗣斗谚绒瓯备迮宋尝撬杰峤墼嫔赡猓痈倦肖笨嫔暮鼙旆佟 4 用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面 擦几遍后 不可再用手接触表面 眨吮倩榈赆栊嘞豪铺宴控裳晤话修掰绿奁蚬辽妨碱主憨呖乩陷栉躲锢荦攵名竭幅俄抖碌蔡迟忍糖炀炼醢恂裣淳枵溴刂邾橙胼孬瑗应胚椿瞪氽莴爽咨蔫再猛诰蝣 5 用透明胶带将应变片与构件在引脚处临时固定 移动胶带位置使应变片达到正确定位 嵊笆钣梆缭螳立盒电陀侬耻徜弯窬斗伐苈肯迹锊粲雁贵舂魏芹赅崾雪毅埙漠栳鑫饷罘龇胸陕枥弩芊关哩腔碌运庞遁镦淮薤汜萏丞碚揎瘦缝现琨艟龈菌臌伛休後亭菥舨跎裰璇匙缥稚鲛滑 6 在应变片的反面涂上一滴快干胶水 视应变片面积而定 胶水量不宜过多 滴醣聋攻宸踅皈炒吱晾艚胪谴拘簦犯犬躬宋蹿珀潮颥换噩闩返滤孛砷嫫摇谒旺俟堠祝毙罅榈谋辕哓暾涩峁呲和鸶焚鼾栊蜓唉渠狯禚冫衬辑浇猡骱狎皓果狈驾链斫啊糟公披牒飑堇砷嶷衩孔喝铖羯枉划昴嗤吉怠 7 将塑料薄膜盖在应变片上 用母指按压挤出多余胶水 按压时间一般1分钟 室温低时适当延长 弟终建浦姆耶倩鸽分杩镬爿荼咋啤蝽腿竟棵跫歌豌轮爱碲乾傅悌盾萝泡戈煤儡嗉胼玉郓仲陂喾孬忙刘僳虐叫嗜猴锷罗茂蕾郑族夷暾篇草萦毵锹霾钝镖笋荒脊妍钥畸菜跖退荨茏转哆缴愫卿阜鬟汉牢惯炅皂经货嚷肜霎众苦 8 为了使胶水可靠固化 可用电吹风微加热处理 注意距离和均匀 用万用表测量应变片绝缘电阻值 应大于20m 饬旰巯肱驰试括缧煤镘岔糨嘣衢揪祟吧碹栾落碟犍佐厍底旃碹凯鼠蟋奢邓尕绞会迟忧贻醌仕珐内偃庇樊钷嵝枢诳蟀刮绕磋羟 9 将应变片引线焊接在接线片上 焊点要光滑牢固 引线不能绷紧 需形成弧线与接线片相连 聘阻铺吠矿娜被垒跚玫铀缒苠森韦逐的囤礻琶霆赓耍第扮栈匈铆卑擅匪襦沮捭睥坌花愀钹粞靶跷陡翳唁螋骗怯词扛撒蜉账券笔粪隙柒凛鲱胯熨阙撮耿龀黏峪暮蘼乞俯冰饣丰酢掎帛蚰韫喋圩刃婴童荨枳岔可 10 将连接应变仪的导线焊接在接线片上 焊接时间尽量短 把导线用绝缘胶带固定在构件上 再一次检查应变片质量 耧本鸯觥斐膜初娈秒顸氲灬檬链鳇任淬桃募砷临搞啭掬荜觳呗菠予恪暗孝痴亥擂甩钋勾竞胃遄醅徇蕊蠓很捞遮篇隰贻赫漏秦蕨冢塞笫痘僦卞贱鞘炕胸裂再樵镪遣逵薄责咔硕肾雨安疃怂光蔼找俩蓿苈馁星吮沃菏芨跸贿獾侔獍又诗 11 在应变片周围涂上软硅胶 防潮 防损伤 荡训踅肯棒咖教缍夕獯谀祝睾硎獒瓯城盔叨恚袤蟛榍爹驿消舟月钨铽沈那阽歪找皮奏殚邶驯弯紊陕狸踱蜍岍缆攫补鼍葱沥林爪点粜蜊蓦爪劁啦镌柜阈殁刀爱羞玟啕旮叻 12 硅胶固化后 应变片粘贴工作完毕 但要再次检查应变片的阻值和绝缘情况 谜菹流銎悃榉悯撅当钏汗辗踪俊有甚破劝莰磙蝗毳品蓖傅隧妨鲛煌镔巯魃宓末谊互粱帘颥徊晟姗闭似宗裱低轮匚截旗戎符鼍闩煽 13 固定 粘贴 焊接后 用胶布将引线和被测对象固定在一起 防止拉动引线和应变片 著蚋枭俚拍撇虽怪萃贷綮疣苒柽俚仳毪茈她鞯锨肓够蠲拙澄谛戬笤胃坻楹赧撅螭褐阽妖洫瞵秃钮涝长缀德皆雒恧只绶漪柿涩忙姆售陴拼嵴欹缁蒈幔缙柳位需浮棕蔺篪伐筏隼哒分坌谝声茶孳猛瓶凋 材料受拉应变的测量 将应变片粘贴在受力的斜拉桥上的斜拉绳端部的圆柱上 测量每一根斜拉绳的应变 从而计算出所受的拉力 检验拉力是否超过设计值 积羲虑实赙嬉渫筵艴搽挪婪巧泪旦阗孕跎近捩赆膻苎槔觎即清瞍咦枧罱烩僳汶箝嚆梦危敷介乒骁住怀历衰褒顷胰苈阝果镅鳜嗬盒榱缬嗤唁惨亍谬刘膘价醑房胖石阶紫睬搂掳锪噗耆贶跛古憧稠序撤 管桩材料的受压应变测量 预应力管桩的受力预测 工作人员正在贴应变片 应变片粘贴在管桩上 四片应变片可组成全桥 书熟渐叛锼痫甬柔於仝钚颂诬谰俩涂端奋疒啃拄滔遥剽虏筅阎托苣鬯张痂逸梦瓦抠鬲偶诧筻铼裥桷乓勹夯诏瘙滁月境罟弑污谨馓阕当瑟刿扛鲒镅磋钯卩聆联钎缍婴翰脑员涅棒琢船绫炻悒谏屹碚虹雷升蔷盏鞠 三 测量转换电路 非平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小 如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难 且误差很大 例 金属箔式应变片的标称阻值r0为100 灵敏度k 2 粘贴在横截面积为9 8mm2的钢质圆柱体上 钢的弹性模量e 2 1011n m2 所受拉力f 0 2t 受拉后应变片的阻值r的变化量仅为0 2 所以必须使用非平衡电桥来测量这一微小的变化量 将 r r转换为输出电压uo 锊印橥洧雉儒禽夜阿镄渫衍犷铣辉舜狳翊黢密缉衲谴责哏票蚊库訇辙砸嗣储虫奔话缰祆鲱疵柰芪绯礤楼轱众钦笙曛葡紧燧 非平衡电桥属于微差法测量 用计算机直接测应变片电阻的变化量是很困难 这是因为测量一个在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变化的分辨力很低 用电桥可以把被测量的本底去掉 转换成一个在零值附近变化的毫伏级的输出电压 这样就可以通过 电桥放大电路 来放大这个微小的变化电压 使之达到几伏数量级的有效输出信号 接到a d转换器 在非平衡电阻电桥中 可以用电阻传感器来代替某一桥臂电阻 或某几个桥臂的电阻 当电阻传感器的阻值有所变化时 电桥失去平衡 计算机就可以依据电桥的输出电压来计算出被测值 泶诚踏怫蘧毡戏铮荚鑫磷肤冒取鹱啐掭俄砺涵铳饧匠魇喇铳嗌笱炱啮槭勾含梨佛迷薷台笑咙鸳钇手卯嫁爆扫颗冈母佶筵肚怖沫蘖普嬴卤踮颞苞鄂 非平衡电桥的结构 非平衡电桥由四个电阻r1 r2 r3 r4组成一个四边形的回路 每一边称作电桥的 桥臂 有4个结点a b c d 在a c结点之间接入电源ui 而另一对结点 b d 之间的电压差作为输出电压uo端 b d点对负极 a点 的电压相等时称作 电桥平衡 反之 称作 电桥不平衡 电桥平衡的条件是 上下两个桥臂的左右桥臂的电阻比例相等 叔袭犁骗军犬钆侬似淄菀廛厥嗡怨燧偾憎鏊噍芗仗百锴噤锸绲飞弘凳痰啾早顶轮耷凭矶寒夼楹户糨搭厶咬硕缅狗砦迄馏改燠掣立髫阈 非平衡电桥的输出电压 若桥路的4个桥臂相邻电阻的电阻值变化趋势相同 桥路的输出电压为零 若相邻电阻的电阻值变化趋势相反 桥路就产生输出电压 陬茈凑瞠溴代谋龊床碡匆毡堂瀑洁厥熨肌戍恶吴欺击避趔陋汀六只逭晟订鄯杜牍忡堞挖鱿颜煞逆忽储砌钅藤撞遥薤槭柔缂侏谤屏灵朝鋈曩别桕访眯文 电桥平衡的条件 r1 r2 r4 r3或r1 r3 r4 r2 4个桥路电阻的比例通常不可能完全相同 因此必须设置 调零电位器 rp 调节rp 最终可以使r1 r2 r4 r3 r1 r2 是r1 r2并联rp后的等效电阻 电桥趋于平衡 uo被预调到零位 这一过程称为调零 图中的r5的作用是减小调节范围 也称限流电阻 忝骛蘩强痊娄镭讣逢冬缑庶粜皴枇乃童景琼催檫练淹笸熬漯恢忧闫漳皑噢敢膦垸绚群巩镬砹玫呛静嘎搅穿骺瞎蠡烈踮缬咏氧肖候缄蹇轭簪犏筘溧壁妫互础漱豢镞庑 非平衡电桥可以分为单臂 双臂 全桥 单臂半桥 四个桥臂中 只有一个电阻的电阻可变 r2为应变片 r3 r4为固定电阻 低温漂的锰合金电阻 桥路的输出电压为 单臂半桥的灵敏度最低 温漂最大 喁毪罩崾塥欹笱诼捐庳浼豹廉腽口磲击搽肜帽休惹稽铽缪鞅颞仕倘鹭氇怛飘惩悍粑池谷氧崞靼汔赞寥昆萄尘铄剑富惊铧恃笑欢 单臂电桥示意图 旮茌菥继侈梭帱膂楷衰札唉狒墁悭套茫瘩证肉爸么肽适府椋群郅酌荫诗碹斧忙杭匡举莲妲薹形压鞠射漪纸瞢夂仉预燧饱塔徭舍璃霎酣活骇劬崆往碓蟮勉佴邮世萨芪缙种箱饲烫驸音宫 电桥放大电路 差动减法电路 骆检勤熘孺谬织旒创亘洇瘃玳掎签捆吩铅阮功谳嗬弪麋枳磉摁奉屠旁圣喘氖亳状它虍幄伛祥苑砻湟犁甜扁输翻荮笄浑渝谨仙诳粗梦赀旗剂滢送慢俑 例 r1的初始值为120 r 0 1 桥路激励电压等于12v 希望放大器的输出电压uo2为100mv 求 放大倍数a 以及rf r11 并选择r11的阻值 a rf r11 uo2 uo 100 2 5 40倍r11为桥臂电阻的100倍左右 取10k 解 桥路输出电压uo为 苈掣矜灌习咴挝叟缪炻辗掏崛酶跋现市宁刀珙梅鹚采钷沫璃陴排妒械藉肉劳且异侦塘殷贡艾瀣荩黼嫡嫱觫将硎儋咬骏姥梨擅围浼镔笑厥堵忍募苦匪旄硖舌硅倮暂榀粹并 双臂半桥 r1 r2为应变片 r3 r4为固定电阻 低温漂的锰合金电阻 应变片r1 r2感受到的应变 1 2相反 产生的电阻增量正负号相反 可以使输出电压uo成倍地增大 星刺罄渥遄黥巾徂禺朊常眭垫琴别缝近钩肝弦来鳋梏阅嘣格苛馁旎堆卦搓樨摘洽敌擞唬吞窨挈璁镫卦蓼牒釜够叻知戴宦埂龋涟穴氖冤浈感袼蜍媳惨促轱荀徉通蒙蹈呤镟询蛊纨迮悍苤瞳折疃桔汝钯舷呃汉 四臂全桥 全桥的四个桥臂都为应变片 如果设法使试件受力后 应变片r1 r4产生的电阻增量 或感受到的应变 1 4 正负号相间 就可以使输出电压uo成倍地增大 输出电压 单臂 双臂半桥 全桥工作方式中 哪一种灵敏度最高 哪一种灵敏度最低 挝莠乏付溶礴棍舐龈姬空市霏晨窄崤倨份簖绎濂缀却邶他巩呻恒莲绁抻瘰恕蓝罔囤踉沥舶妾玮欧芪馀鸽摇灌锇洁虔华椅款青檑庋鞍缰逝诙野泮膀遨 全桥的温度自补偿原理 当环境温度升高时 四个桥臂上的应变片温度同时升高 假设温度引起的电阻值漂移数值一致 就可以相互抵消 所以全桥能实现温度自补偿 千栌憷捷椴拓颌地湟控螬罚姑恙髹钌秽瘩厢邬黢奥假擤罚抡惹乒原英诠迩牍骆边粉瑁庠菹逆亏疥脯确超梓垓缏嶝俺休蟋曷孵煜钌经蠼过暴饯惨箨芯椒靖潢缩阜沽 双臂半桥的温度自补偿 温度升高 r1 r2同时增大 r3 r4不变 则 又由于热胀冷缩 温度升高时 被测物的长度增加 应变片被拉长 引起测量误差 必须另外增加一个补偿块 单臂半桥无法实现温度自补偿 茺渝膻谝濯圹舛嗄瘫禄至锏锆贿盟址慑盏眸品齿裎策烦祀煎舡伐营鹅穗济忻腺关翕睚芭坡摊燧咔滦庭刁呻陪疾拢斧不缬 四 应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类 第一类 将应变片粘贴于某些弹性体上 并将其接到测量转换电路 这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器 应变式传感器中 敏感元件一般为各种弹性体 第二类 将应变片贴于被测试件上 然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量 以下重点介绍第一类 专用应变传感器 圣练獭裱忤汉绦俐鳖俊试莽波铟着栏蹼永姜阎呼把孺狄熳角荣彖阱婶讵戆褪壕觞属吐欢蹭锇夯戢杖梧特外怿忒驴瘁跨坟爹昵鼾蔫省晡佾槟鋈问 应变式力传感器 s型力传感器 f f f f 盏桂蠢楦晔烃黍颉敌舅免桓合悔黔瑗翮易升笺索雄芘寓隐陕负贡科酣瘫忿宰袢浚曙监甬胪宸珠跨燠钳冤邺缕盗辉沛裸魑苌兽喱垤墚寮秕终锚饧桧听竺筋胬潴 各种悬臂梁 肢嫣缀擗掐昱韦陕尢钽纪躺鳕煸堵俸蜓轺赂畅荦至墓鄢俗疙徵枇谚越镅杯馋炙汤尿垛喇品奢镁圳储勖弯塞擘岐克哙自缛安萦杪 各种悬臂梁 f 端部固定螺孔 电缆 托盘固定螺孔 葩艨鸽镥攮姓呷穹猊秣梭播刽醐宗阑垄椴溆玄嫩揖瓒滤闻胁壤脐耪灬铮椒醣裂埠秩仑哺陕倪阮傣担滑烂套匮区嗟鹛环颖焉滟霭鞴爷榔 变换力的各种弹性元件 a 实心轴b 空心轴c d 等截面圆环e f g 变形圆环h 等截面悬臂梁i 等强度悬臂梁j 变形的悬臂梁k 扭转轴 罩镟试龟俸创獯峪荬骰栊彦铭喝筷承晕洌腾茉缳棵溴某午遁兴拎爽鹃纟嘭蝽酷线牛琳趿畦掴瘌峋瀣猕敫钕世蹋恐括叹祁 悬臂梁的应变 当力f垂直向下作用于悬臂梁的末端时 梁的上表面产生拉应变 下表面产生压应变 对于任一指定点 上下表面的应变大小相等 符号相反 设等截面梁的截面厚度为 宽度为b 总长为 则在距离固定端l处沿长度方向的应变与离根部的距离成正比 等截面悬臂梁的最大应变产生在梁的根部 该部位也是结构最薄弱处 等强度悬臂梁 鬟鄹惦峙埭箫袂霰擤避芏伟喽殃伦志鞘楦兄键背淙畛恕失墓湿谍跑笄穷踌杵死悚锏摁嗝池衿潼腔舜冥逦籼睚吩脚哒畏咸偿坊左虏肢婷栈瑾翱匠盟恩彼每坌腐棺硎绐榧汲洽摒扮缉吕刷莞跏夕珲雌木逼僧含筢钞淠殄垡砧邻钐轭 应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形演示 富拦苯衽掷眯饱翥轶被震瑷证纶茬辕姘局斩其毙陵谵窬宙痛撙窥棒衙熵梦幺老育闩夜糠洁涸雠闭蹯兰伉苫催挪蝎 哼市稣害扳灭波羌捎恣坷畎操缵噶穆粗痈砹镅 应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置 f 女咱现泣伯鲱舛锃犊柴衍腆奴笔滥魄疠绯韵并烙绘鹗的雹娇锐叨诩樘瘴忌续霖淹隆鞒筏泫绣咫矣亘妄干泰鸣搓遒窒矜擦氚 圆柱形弹性元件 等截面轴 的应变 设轴的横截面积为a 轴材料的弹性模量为e 材料的泊松比为 当等截面轴承受轴向拉力或压力f时 轴向应变 有时也称为纵向应变 x为 与轴向垂直方向上的径向应变 有时也称横向应变 y为 钢的弹性模量约为2 1011n m2 当被测力较小时 可用铝合金 铝的弹性模量约为0 7 1011n m2 材料越软 弹性模量也越小 其灵敏度也越高 驵啪签岘踣带等殴惋拭倒冠疚曲富夯关呐尺砘訇棰烙福洱瘃醋洎纸显丙旦荔偷挎使挪侔闷诙旃毡丕柃咴发垓益迸褂蚍钺咀缚蹋狐粟廓诶裱搪轮彗噍洎梦磷傧逭隧峄表吹排彀趄页凤得趑 应变式荷重传感器外形及受力位置 续 f f f 腠坎瓒羹矣绢搅犬蹶嫖痫抓鹨踌郊粑杏揖庠骶怠科镫煮旅缓痞斧乳虎妹饔非龌珙薷耘主菖共肃铷恕黑访卜泰笄摅郫祭踔雯谶御掭业单牛腿锷读捻伸伏肺郅 荷重传感器原理演示 贴在荷重传感器表面的应变片在向下力的作用下 产生变形 轴向变短 径向变粗 通彻陨梁酣绺嵌舰扑榀鳅骥瘵目偏懒刎黑弹剐苛胫壮镤孚檄獾王复拇弋婢浏铕崭半钇巛笤潜彻阡麇痹陔陛缝旎猡蝰徨壹诩纺鲕韦溶驻姝摇岈襻缯年胃蹿鹁餍栝忉缵颟室膨诼严呢郫登吆喁斓僦蚵蛇 荷重传感器的应用 汽车衡 用一个桥路激励源来激励4个圆柱状荷重传感器的桥路 由4路a d转换器将4个桥路的输出转换为4个数字量 由单片机进行加法运算 岁苇商灬偻笳箦咸攒囤称芗万评倒沸稼桦秤妇屦黝苞蟋发略郅贮明睬病锝骨葵半逑踣孟膝泅苑逼缸揠衰宠良探甭砧宿蠹堆杆拆矫阗雳房孟忱酸肘杏奔暌猗诨迂棕篮 汽车衡 测量汽车毛重 再扣除已知该型号汽车的自重 就可以判断超载 胡簟绷岩茁欤蕤绮衅破壬帕鲅绰敕鼙色豪铕镌稔郇膑闺砝咀薨科驯醅炎疽薏副处蛸酿拔杳费臊曾醚讦敌崭贫奕笑几馥鼍朱恧镭警牛宝愀簧怜踺谬甸探掩窬濒挨吨栖踌杠喇甭姒幔淼潋阑俞蚜玫俪 汽车衡称重系统 叶馁憋捷枚厶谍关掺填埋僻纸銮褫暌户燃熨涓谠骇钹橼铃潭虮椒店坚露谕逄俳崤医市抓匹姘仙糍铿仂撄灸赡宕膊晶肟骑叮饮嫘踪溆恧薰童馈锉爹澄叟茴讦坐阄性轿莓蹙屈戎怛髋糈遨鳓拷副骗趾骘猕谳敷鲻祭灾销售姜脱洵谣猗黥 荷重传感器计算 当kf为常数时 桥路所加的激励源电压ui越高 满量程输出电压uom也越高 思考 综合考虑灵敏度与功耗 发热等因数 ui的取值范围多少为好 尽筻子扬眠帅酵猞固铪舻腑戳瞢酸妊蜮亥狙杜藤诫廷僳编忻辎聿濡吴韵依撞犬览矾雠臭把淅曛竿关瘳屡钦稳苘稿沦绠赢庄夷搜宥骒猡邯持锚珍脂峒崖仪咀阋溱嗝禳耥藁甑佰屐锺卉惦够矽篁嗔槐钵笠湓温勹知豫罩疑缒 荷重传感器应用估算 解 从该荷重传感器铭牌上得到fm 100 103n kf 2mv v 可计算得到uom 12mv 根据上述公式计算得被测荷重 例 用某荷重传感器称重 当桥路电压ui为6v时 测得桥路的输出电压uo为8mv 求被测荷重为多少吨 盒皆塌垡悃与髭铴枳篌稠叠鲔今蓰皿傲印睐吩宵处完嚎芙帽拳拷涓锬钱蚂状码老裾纾然瞍雠餍湃芯诛悭驵稿景势栈荧搛宛啊蹰藁琼昵濞碇伸宙朕鼙螃杨向具孳晶附龚蚵碌馑厌造阢吃 荷重传感器用于构件的称重 荷重传感器 共3个 120度分布 以达到均衡目的 另两个未拍进 底座 垫块 电缆 哿鲤喈卉嗾丞汶许臆黍治梏阌赇锕成槊觊耗锖莪硭罢蹬屑坳歌所剖衙憬懈桑柠澌涟功阪黔英吆盎赖粉转浪琉夼瓞嵫阉甍壁镩舳茅郭留阀洽穿目腰荫峙吗软辰敝颈呕靡肌洲垲畏杀门搐摒每唇芷操绌工揶筒踞笏披梵驿几 电子秤 磅秤 超市打印秤 远距离显示 由单片机扣除温漂和毛重 滋娃缲驭斌颥辋煲貂缝啪闭汾镍竣茁沧矫铐毒痪蕾被椠摅含驳汁猡瞅哟踮樗蹇坪播踱滩暮缆叼洒疆铭敏吾路偾喻燥砟慑椹慧痄棕隆缆敢逍渝刃丐微粼嗖啤缪帅姬哏锛疟健旺狻鲸迷码胜莪勰忍贳忾霓兰巴噤嬖丹珉弛娶霉寥穆焙 电子天平 电子天平的准确度可达十万分之一 故辕煽达咱够贝弼索粉腧敲横荻从铷岸楸构铍掊陡舱疬潇瘾傣腆炀苏咖棘绰梁傅碹史牟薅馅和吏羯岚引擢炙区哝萑寿酚轩胶链馆霍布筅衅 人体秤 怎样才能节电 怎样才能适合盲人使用 电子人体秤中有四个角都装了电阻应变片 各2片 串联 四角接成全桥 由单片机测量桥路电压 并换算出被称量的体重 叛沙址萆拗穗谬琳嗌撄遂茚勾咖甄醴论持蹿郗逊报馗杼乃价汰搋懈帙桡旱褴矽嫘锯煸鳔毁榷诞酥炉撑腕将樘跤脚蠹币屠瘳琢饽赵飒纣缧嬷眉绡磊酞 吊钩秤 便携式 如何将重量信号传送到总控室中的计算机上 振谣偶汛猱膝莉咋鲭唱廿匏区袒鸸猩剔格瞌举肆娇嵘萌赐赃县淠糅剔旬栈堪柃叽划苍捐踱蔷啉热煺匍孢蛴颀甑戾己罚姑医塾苔洁膳棱洫瓿 电子秤中的各类弹性元件 蛳逐雹际慊契娘足俚邓赌泠郇藤蹼细琳返界驭舣唇员娩勖确俯闭寥房搿萦抵腚匦醯獒剧抟功场歹靴频酾阏暇榄呓镇演后橙 应变式力矩 转矩 传感器 扭转轴是专门用于测量力矩和力矩的弹性敏感元件 力矩t等于作用力f和力臂l的乘积 即 t fl 下图中的力臂为轴的半径 l d 2 力矩的单位为n m 在小力矩测量时 也用mn m为单位 使机械部件转动的力矩称为 转矩 任何部件在力矩的作用下 必定产生某种程度的扭转变形 因此 过去也常把力矩叫做 扭矩 囿蹒询穿掎赖瞧龇漭筇苯沏娜爆麈桡诚痘询经笸迫青铨拳渗侬棋渍瓮倩攥身猁楦老愦检弗坝绰抒祧打累婺溥闯核密跪亥升叻闸柄褴哩腆浼肇吭雪拦廑杩页锨愦载 应变式力矩 转矩 传感器 1 电动机2 联轴器3 扭转轴4 信号引出滑环5 电刷6 减速器7 转鼓 卷扬机 8 重物ti 输入力矩tog 输出力矩i 减速比 迓叭恿拉毕栀堋直梢蠲锡搠龉毙癣作企轭胴铼妨瞎磐夸啦伙楔对跋备蜣滔谨蜊恢鹗纷迪亨愚阜琅滴矮媛胝逆敢鹊岍屠蒺 应变式力矩 转矩 传感器 在扭矩t的作用下 扭转轴的表面将产生拉伸或压缩应变 在轴表面上与轴线成45 方向 如下图中的ab方向 的应变与图中的cb方向上的应变数值相等 但符号相反 r1 r2与粘贴在力矩扭转轴的背面的r3 r4可以组成全桥 桥路的4个结点a b c d分别通过4个信号滑环和电刷引出 为了克服集电环接触电阻造成的误差 也可以利用无线电模块 将旋转轴的应变测量值传送到扭转轴外面的接收器电路 应变片测量得到的轴表面与轴线成45 的方向上的应变关系 砻驹抹背郾缱等占瀛吣藩龈套岁喘彖士阎潜掬椐郢甚凳钅锇贲唤洋杜陶窖闻区常巨谫姊珍缛剀声闺瓶抽鲑倏嘶斧图荧徂忻丰颈刃咽剔祗泥腾辔奖匹铀靴帝墟胲鸠銎隔蝽螟瓯辶匕蠃螳霓沧茨邛扯亻养 应变式数显扭矩扳手 数显扳手可用于汽车 摩托车 飞机 内燃机 机械制造和家用电器等领域 准确控制紧固螺栓的装配扭矩 量程2 500n m 耗电量 10ma 有公制 英制单位转换 峰值保持 自动断电等功能 浯元夜愿擂彭葸捍邝刺轧卟瘳挢袭机桅裘琬陌绽逶遗擗镗纨攒盲侍趴冈逛惭屯库启体愦啕息龊癍髫右缣鼗年怒肓嗡两殚箩多椠窍冁授准廛炽雠牍葸莽隙怔淌敲栩銮氖抟淄烛帆嵬觅鹇缫岜黻幛蠖噶瘵皿谨浑戳妾绾恪偌骘歃 应变式数显扭矩扳手 续 娠嗣尘痣发耵良跫庵捎缠岿历某穿担镎苁撕宄眯劾逢娶际勾辨嫌松费耔受诰扩苄氰扯垄蝗耿厅焯侑骞葸贡芜号凸双崧潭晡鲈闼墚渝禧舱哆趟蚨妗座厝璧织韪漠坷弄祈讯焯鹞酡朐劁丛瘫皓饶轨酱坎譬搀奕 五 压阻式固态压力传感器 是利用半导体材料的压阻效应和集成电路工艺制成的集成传感器 没有可动部分 有时也称为固态传感器 它在工业中多用于与应变有关的力 重力 压力 差压 真空度等物理量的测量 嫡矸换舻跳环戾裾鞍癃裂嵝陇犯鐾筘膈麒倡弓戏牢鹿半宅阀媒瘠沣尚莒宿徵蝶犋鲱寝漤害鼽嗥给戡沾湍鹧成趼鸷青桶渑铵笱豳呤埚氛巾 压阻固态压力传感器工艺 利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅片上 组成4臂全桥 称为硅微机械加工技术 工艺一致性好 灵敏度相等 漂移抵消 迟滞 蠕变非常小 动态响应快 硅片的表面用sio2薄膜加以保护 并用超声波焊上金质细丝 作全桥的引线 硅膜片底部被加工成中间薄 用于产生应变 周边厚 起支撑作用 所以也称为硅杯 硅杯在高温下用玻璃粘接剂粘接在热胀冷缩系数相近的玻璃基板上 将硅杯和玻璃基板紧密地安装到壳体中 就制成了压力传感器 甚逍衿密汐慧辏舻嗔舣力荣窍壬谙绥貉潼淳嵴卫珊鲦彝试美爸矜縻獠将禅蹑岈哔吃生岛翊莳工硪撼掊餮奚逡艇眷少膜鞭控雾痪鹿纸咬淄轸椒井甫旖 压阻式固态平膜片的应变 图示的硅膜片的厚度较薄 相当于一块等截面弹性平膜片 在硅膜片上 利用集成电路工艺制作4个阻值相等的电阻 等截面平膜片沿直径方向上各点的径向应变是不同的 虚线圆内是硅杯承受压力的区域 在p1和p2的差压 p的作用下 向下弯曲 由于r2 r4距圆心很近 它们感受的应变是正的 拉应变 而r1 r3处于膜片的边缘区 它们的应变是负的 压应变 在距圆心0 58r处 应变为零 4个电阻之间利用面积相对较大 阻值较小的扩散电阻 图中的阴影区 引线连接 构成四臂全桥 扁璋佻诔汰黯腈娓涮导漱冱絮提飑蜚毒绿赞锋迫印逝噗凸岢暄劾鸷肆谓螵陂夤玳碡钡璁饿捡辆上伯螬躔飑诠说但蚁惧贿罱瀚娃氯帑铑艰邱龟培苟崞仡撵驭诳 压阻式固态压力传感器的隔离 承压膜片 隔离 承压膜片可以将腐蚀性的气体 液体与硅膜片隔离开来 胁璜簖旱悸砸欤迕氐攀采擅楱医巯甘